杨氏模量（E）和泊松比（ν）是描述材料受力变形行为的两个基本弹性常数。对于 6061‑T6 铝合金——一种因其强度、耐腐蚀性和可成形性而备受青睐的时效强化合金——这两个参数是结构和机械设计中的关键输入。杨氏模量量化了材料的刚度，定义为线性应力–应变曲线区域内轴向应力与弹性应变的比值；泊松比则表示轴向拉伸时伴随产生的横向收缩，定义为横向应变与轴向应变的负比值。
6061‑T6 的杨氏模量
6061‑T6 铝合金的典型杨氏模量约为 69 GPa（10 × 10³ ksi）。这一高刚度重量比使其在需要轻量且刚性设计的场合广泛应用，如飞机机架、汽车零部件和精密仪器。在 ASTM E111 试验条件下，应力–应变曲线在约 0.2% 应变范围内保持线性，确保在使用载荷下可预测的挠度表现。
6061‑T6 的泊松比
6061‑T6 的典型泊松比约为 0.33。这意味着材料在轴向拉伸 1 单位时，横向会收缩约 0.33 单位。在有限元分析和梁挠度计算中，泊松比会影响多轴受力下的应力分布和体积变化，因此对准确模拟挠度、屈曲和振动特性至关重要。
弹性常数的影响因素
尽管杨氏模量和泊松比是材料的固有属性，但在以下情况下会有轻微变化：
温度：在 150 °C 时，E 大约下降 5%，而 ν 会略微增加（约 +0.01）。
合金成分：镁和硅含量在规格范围内的小幅波动对 E 和 ν 影响可忽略，但会影响屈服后性能。
制造工艺：挤压或冷加工等工艺会引入残余应力，从而微调初始线性响应，但对 E 和 ν 的影响通常不足 2%。
测试方法：应变计位置、引伸计校准及加载速率均会对测量精度产生影响；遵循 ASTM 标准可将这些误差降至最低。
应用与设计考量
工程师使用 E 和 ν 来计算结构件的挠度、应力及固有振动频率。在航空航天领域，准确的弹性常数确保翼梁和机身面板在气动力载荷下保持足够刚度；在汽车工程中，底盘和悬挂部件以 E = 69 GPa、ν = 0.33 为基础进行建模，以预测乘坐舒适性和碰撞性能。此外，高刚度和适中泊松比的结合，使 6061‑T6 成为散热器和电子外壳的理想材料，能在热循环中保持尺寸稳定。
6061‑T6 的典型弹性性能
| 性能指标 | 数值 |
|---|---|
| 杨氏模量（E） | 69 GPa（10 × 10³ ksi） |
| 泊松比（ν） | 0.33 |
| E 的温度依赖性 | 在 150 °C 时 –5 % |
| ν 的温度依赖性 | 在 150 °C 时 +0.01 |
| 密度（ρ） | 2.70 g/cm³ |
| 剪切模量（G） | 26 GPa（≈3.8 × 10³ ksi） |
| 体积模量（K） | 76 GPa |
了解 6061‑T6 铝合金的杨氏模量和泊松比对可靠的机械与结构设计至关重要。凭借约 69 GPa 的 E 和 0.33 的 ν，工程师能够高精度地模拟挠度、振动行为和应力分布，从而在航空航天、汽车及电子等领域打造轻量且高刚度的关键组件。
