在最广泛的意义上,弹性常数(又称弹性系数)是描述材料弹性行为的各种物理量的统称。常见的弹性常数有
杨氏模量(又称弹性模量)、切变弹性模量和体积弹性模量等,分别反映了材料在受到正应力、切应力、流体静压力下的力学行为。
材料受外力作用发生尺寸和形状的变化,称为
变形。外力去除后,随之恢复的变形为
弹性变形,剩余的永久性的变形则为
塑性变形。可逆性是弹性变形的重要特征,即卸除
载荷后因受力产生的变形可以恢复。这样的特征反映了弹性变形决定于原子间
结合力这一本质属性。
从微观上看,弹性变形是原子系统在外力作用下离开其平衡位置达到新的平衡状态的过程。当一种或者多种元素形成固体材料时,原子都围绕其平衡位置振动,即粗略地可认为每个原子都处于在该宏观状态(如特定
温度、
压强)下的平衡位置。如果把每个原子看作由带正电的
原子核和带负电的核外
电子组成,则原子间存在库仑吸引力和排斥力,其中吸引力来自某个原子核与其他原子的核外电子,而排斥力则来自于不同原子的原子核或者电子。原子间作用的双原子模型告诉我们,当两个相邻原子间距大于平衡间距,原子间表现出引力,而原子间距小于平衡间距时,则表现出斥力。平衡状态下任何原子受到的来自周围原子的库仑吸引力和排斥力是相等的,且任何相邻原子对的平均间距是不变的。