【专业讲堂】如何理解应力，应变和弹性模量以及它们如何影响碳纤维的应用？
弹性模量是指在一定的应力下，材料在施加应力的情况下对弹性（非永久性）变形抵抗力的度量，它也可以解释为材料的“刚度”。影响该测量的因素是施加在材料上的应力除以所显示的应变。“ E”是弹性模量常用的符号。
应 力
应力 σ= F / A，其中F表示施加的力，以牛顿或磅（N或lb）为单位，A表示材料的受力面积（m 2）。所得测量值σ为N / m 2或lb / in 2。
应 变
应变ε= dL / L，其中dL是材料长度沿测量轴（m或in）的偏移量（变化）。L是材料的原始尺寸。因为计算时单位会抵消，因此应变是无单位的测量。
弹性模量
弹性模量E =（F / A）÷（dL / L）=σ÷ε；由于应变是无单位的度量，因此E所用的单位与应力所用的单位相同。N / m 2 =帕斯卡（Pa），通常以GPa为单位（GPa = Pa x10 9）；或者，lb / in 2 = psi，并以兆磅/平方英寸（Mpsi或Msi = psi x10 6）或Kilapounds /平方英寸（Kpsi或Ksi = psi x10 3）表示。
跳水板
想想一个木制的跳水板。当运动员站在一端，而在另一端得到支持。随着木板在重量下弯曲，形状会发生变化。跳水板的刚度取决于所用木材的类型。花旗松Douglas Fir的弹性模量为13 GPa（1.9 Msi），而橡木的E值为11 GPa（1.6 Msi），而松树的E值为9 GPa（1.3 Msi），现代跳水板由飞机级铝制而成具有69 GPa（10 Msi）的模量。
碳纤维
那么这与碳纤维有什么关系呢？碳纤维是一种轻质、高刚度材料。以前用标准建筑材料制造的物品使用碳纤维制造后可以更轻、更坚固。显然，跳水板需要弯曲，因此有不太可能有碳纤维制备。
但无人机的螺旋桨或敏感设备的外壳需要坚固、轻便的材料，而且无人机（UAV）和大型飞机可受益于碳纤维的轻量化特性和圆滑的外观。自行车制造商可以在减轻重量的同时极大地提高其产品的强度和耐用性。制造商可以制造时尚、现代、重量更轻，以及使用寿命更长的设备和家具。由于重量限制或身体压力（骨骼的E值为76 GPa），对于轻型无人驾驶的车辆通过使用碳纤维，将获得大约228 GPa（33 Msi）的弹性模量，而某些高刚度碳纤维材料的E值为760 GPa（110 Msi）。
其他应用
碳纤维还能实现什么？ 声音工程师可以利用强度、耐用性和自然共鸣来使乐器和声音设备具有更快的响应速度和更轻的重量。航空工程师可以通过使用碳纤维替代传统材料可将重量减少50％或更多。
医学成像设备得益于碳纤维的优异强度和刚度，即使在大剂量的X射线和γ射线照射后，也能在负载下保持临界尺寸而不会随着时间而分解。碳纤维的刚性加上不到铝的一半的重量，使工程师能够进行创新，从而打造出下一代消费品。