关于物理性质各向同性和各向异性的理解

时间:2016-10-01 来源:网络 作者:佚名 收藏到我的收藏夹
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1、orthotropic和anisotropic的区别

  • isotropic各向同性<?xml:namespace prefix = o />

  • orthotropic正交各向异性的

  • anisotropic各向异性的

  • uniaxial单轴的

 

我只说一下orthotropic和anisotropic的区别:

orthotropic主要是材料在不同垂直方向上有着不同的物理性质和参数,意思就是如果处在同一个角度的平面上,那么同平面的材料是具有着相同的物理性质的。

anisotropic则是完全有方向角度决定的物理参数,只要方向有不同,物理性质则完全不同。

2、各向同性和各向异性

物理性质可以在不同的方向进行测量。如果各个方向的测量结果是相同的,说明其物理性质与取向无关,就称为各向同性。如果物理性质和取向密切相关,不同取向的测量结果迥异,就称为各向异性。造成这种差别的内在因素是材料结构的对称性。

在气体、液体或非晶态固体中,原子排列是混乱的,因而就各个方向而言,统计结果是等同的,所以其物理性质必然是各向同性的。而晶体中原子具有规则排列,结构上等同的方向只限于晶体对称性所决定的某些特定方向。所以一般而言,物理性质是各向异性的。


例如,α-铁的磁化难易方向如图所示。铁的弹性模量沿[111]最大(7700kgf/mm),沿[100]最小(6400kgf/mm)。

对称性较低的晶体(如水晶、方解石)沿空间不同方向有不同的折射率。而非晶体(过冷液体),其折射率和弹性模量则是各向同性的。

晶体的对称性很高时,某些物理性质(例如电导率等)会转变成各向同性。当物体是由许多位向紊乱无章的小单晶组成时,其表观物理性质是各向同性的。一般合金的强度就利用了这一点。

倘若由于特殊加工使多晶体中的小单晶沿特定位向排列(例如金属的形变“织构”、定向生长的两相晶体混合物等),则虽然是多晶体其性能也会呈现各向异性。硅钢片就是这种性质的具体应用。

介于液体和固体之间的液晶,有的虽然分子的位置是无序的,但分子取向却是有序的。这样,它的物理性质也具有了各向异性。

3、各向同性

亦称均质性。物理性质不随量度方向变化的特性。即沿物体不同方向所测得的性能,显示出同样的数值。如所有的气体、液体(液晶除外)以及非晶质物体都显示各向同性。

例如,金属和岩石虽然没有规则的几何外形,各方向的物理性质也都相同,但因为它们是由许多晶粒构成的,实质上它们是晶体,也具有一定的熔点。由于晶粒在空间方位上排列是无规则的,所以金属的整体表现出各向同性。当然,大气也是各项同性的均质体。你所提的是不同区域内的大气,由于压强等多方面因素,性能会不同,但是在一个点上各个方向的性质是相同的。

4、正交各向异性(Orthotropic)

如果弹性体内每一点都存在这样一个平面,和该面对称的方向具有相同的弹性性质,则称该平面为物体的弹性对称面。(弹性对称面是指弹性模量的对称面,比如各向同性,弹性模量在一点沿各个方向相等,横观各向同性,弹性模量在一点绕着轴旋转任意角度,保持不变。既然各向同性和位置无关,那么对称也和位置无关)

垂直于弹性对称面的方向称为物体的弹性主方向。若设yz为弹性对称面,则x轴为弹性主方向。

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