什么是真应变?
真应变(也称对数应变或自然应变)是基于材料的瞬时长度而非原始长度来衡量变形程度的。与采用固定参考长度的工程应变不同,真应变在整个变形过程中对每一段微小的长度变化进行积分累加,因此在金属成形、拉伸试验和材料科学中处理大塑性变形时,它是更可靠的衡量指标。
如何使用本计算器
输入试样的原始长度(未变形)L₀ 和最终长度(变形后)L,单位可任意选用,只要保持一致即可,例如毫米(mm)、厘米(cm)或英寸(inch)。计算器会给出真应变、对应的工程应变以及长度比。结果为正值表示拉伸(伸长),为负值则表示压缩。
公式详解
真应变定义为 $$\varepsilon_{true} = \ln\left(\frac{L}{L_0}\right)$$ 即长度比的自然对数。由于工程应变为 \(\varepsilon_{eng} = (L - L_0)/L_0 = L/L_0 - 1\),因此真应变也可写成 \(\varepsilon_{true} = \ln(1 + \varepsilon_{eng})\)。在小变形时,两种应变几乎相等;但随着变形量增大,二者的差异会越来越明显。
计算示例
假设一根杆件从 \(L_0 = 50\ \text{mm}\) 拉伸至 \(L = 60\ \text{mm}\)。长度比为 \(60/50 = 1.2\),因此真应变为 $$\ln(1.2) \approx 0.182322$$ 工程应变则为 \((60 - 50)/50 = 0.20\)。可以看到,真应变(0.1823)略小于工程应变(0.20),这正是拉伸变形下应有的结果。
常见问题
为什么用真应变而不用工程应变?真应变具有可加性,在大塑性变形过程中能更准确地反映实际情况,这对成形、轧制和颈缩分析至关重要。
真应变会是负值吗?会。当最终长度小于原始长度(即压缩)时,\(L/L_0 < 1\),其自然对数为负值。
应该用什么单位?任何单位都可以,只要 L 和 L₀ 使用同一单位即可——应变是无量纲量。