1 材料物理力学性能
材料的力学性能包括
材料的力学性能包括材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等方面。
这些性能对于材料的选择、设计和应用具有重要的指导意义。
下面将分别介绍材料的力学性能。
首先，强度是材料抵抗外力破坏的能力。
材料的强度可以分为拉伸强度、压缩强度、剪切强度等。
拉伸强度是指材料在拉伸作用下抵抗破坏的能力，压缩强度是指材料在压缩作用下抵抗破坏的能力，剪切强度是指材料在剪切作用下抵抗破坏的能力。
强度的大小直接影响着材料的使用安全性和可靠性，因此在材料选择和设计中需要充分考虑材料的强度。
其次，韧性是材料在外力作用下抵抗破坏的能力。
韧性是材料抵抗断裂的能力，通常用断裂韧性来表示。
断裂韧性是指材料在受到外力作用下能够吸收能量并抵抗断裂的能力。
韧性越大，材料在外力作用下越不容易发生断裂，具有更好的抗破坏能力。
因此，韧性是衡量材料抗破坏能力的重要指标之一。
另外，硬度是材料抵抗划伤、压痕和穿透的能力。
硬度是材料抵抗外力作用而不易产生形变或破坏的能力。
硬度的大小直接影响着材料的耐磨性和耐久性，对于一些需要长期使用的材料来说，硬度是一个非常重要的性能指标。
最后，塑性是材料在外力作用下发生形变的能力。
塑性是指材料受到外力作用后能够发生持久性形变的能力，通常用屈服点和延伸率来表示。
塑性越大，材料在外力作用下发生形变的能力越强，具有更好的加工性能和变形能力。
总的来说，材料的力学性能是材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等方面。
这些性能直接影响着材料的使用安全性、耐久性和加工性能，对于材料的选择、设计和应用具有重要的指导意义。
因此，在材料研究和工程应用中，需要充分考虑材料的力学性能，以确保材料的使用安全和可靠。
材料物理性能及测试
材料物理性能及测试材料的物理性能是指材料在物理方面的性质和行为，包括材料的力学性能、热学性能、电学性能以及光学性能等。
这些性能对于材料的使用和应用起着重要的作用。
为了准确地评估和测试材料的物理性能，科学家和工程师使用了各种测试方法和仪器设备。
一、力学性能力学性能是衡量材料在外力作用下的行为的一种性能。
主要指材料的强度、韧性、硬度、延展性等。
常用的测试方法包括拉伸测试、压缩测试、剪切测试和弯曲测试等。
1.拉伸测试拉伸测试是一种常见的方法，用来评估材料的强度和延展性。
在拉伸测试中，材料样品被施加拉伸力，通常通过测量载荷和伸长量来计算拉伸应力和应变。
拉伸强度是指材料在拉伸过程中承受的最大应力，屈服强度是指材料开始产生可观察的塑性变形的应力。
2.压缩测试压缩测试用于测量材料在受压力下的性能。
将材料样品放入压力装置中，施加压力使其受到压缩，通过测量载荷和位移来计算压缩应力和应变。
压缩强度是指材料在压缩过程中承受的最大应力。
3.剪切测试剪切测试用于评估材料的抗剪切能力。
将材料样品放入剪切装置中，施加剪切力使其发生剪切变形，通过测量载荷和位移来计算剪切应力和应变。
剪切强度是指材料在剪切过程中承受的最大应力。
弯曲测试用于评估材料在弯曲载荷下的行为。
将材料样品放入弯曲装置中，施加弯曲力使其发生弯曲变形，通过测量载荷和位移来计算弯曲应力和应变。
弯曲强度是指材料在弯曲过程中承受的最大应力。
二、热学性能热学性能是指材料在温度变化下的行为。
主要包括热膨胀性、热导率、比热容等性能。
常用的测试方法包括热膨胀测试、热导率测试和比热容测试等。
1.热膨胀测试热膨胀测试用于测量材料随温度变化而发生的膨胀或收缩。
在热膨胀测试中，材料样品被加热或冷却，通过测量长度变化来计算热膨胀系数。
2.热导率测试热导率测试用于测量材料传导热的能力。
在热导率测试中，材料样品的一侧被加热，另一侧被保持在恒定温度，测量两侧温度差来计算热导率。
3.比热容测试比热容测试用于测量材料吸热或放热的能力。
材料物理性能复习资料整理
材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。
材料承受外力作用、抵抗变形的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能。
材料在单位面积上所受的附加内力称为应力。
法向应力导致材料伸长或缩短，而剪切应力引起材料的切向畸变。
应变是用来表征材料在受力时内部各质点之间的相对位移。
对于各向同性材料，有三种基本类型的应变：拉伸应变ε，剪切应变γ和压缩应变Δ。
若材料受力前的面积为A0，则σ0=F/A0称为名义应力。
若材料受力后面积为A，则σT=F/A称为真实应力。
对于理想的弹性材料，在应力作用下会发生弹性形变，其应力与应变关系服从胡克（Hook）定律（σ=Eε）。
E是弹性模量，又称为弹性刚度。
弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。
E越大，越不容易变形，表示材料刚度越大。
弹性模量是原子间结合强度的标志之一。
泊松比：在拉伸试验时，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值。
粘性形变是指粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间增加而增大。
材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。
材料发生塑性形变而不发生断裂的能力称为延展性。
在足够大的剪切应力τ作用下或温度T较高时，材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。
滑移和孪晶：晶体塑性形变两种基本形式。
蠕变是在恒定的应力σ作用下材料的应变ε随时间增加而逐渐增大的现象。
位错蠕变理论：在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错，在高温下由于热运动增大了原子的能量，使得位错能克服阻碍发生运动而导致材料的蠕变。
扩散蠕变理论：材料在高温下的蠕变现象与晶体中的扩散现象类似，蠕变过程是在应力作用下空位沿应力作用方向（或晶粒沿相反方向）扩散的一种形式。
晶界蠕变理论：多晶陶瓷材料由于存在大量晶界，当晶界位相差大时，可把晶界看成是非晶体，在温度较高时，晶界粘度迅速下降，应力使得晶界发生粘性流动而导致蠕变。
材料物理学中的物理性能测试
材料物理学中的物理性能测试材料物理学是研究材料的结构、性质和性能的学科，而物理性能测试则是评估这些材料在不同环境下的响应和表现的重要手段。
通过物理性能测试，我们可以了解材料的力学性能、热学性能、电学性能等，从而为材料的设计、选择和应用提供科学依据。
一、力学性能测试力学性能是材料最基本的性能之一，它包括材料的强度、硬度、韧性等指标。
常见的力学性能测试方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
拉伸试验是最常用的力学性能测试方法之一，通过施加拉力来测量材料的抗拉强度、屈服强度、断裂强度等指标。
压缩试验则是施加压力来测量材料的抗压强度、屈服强度等。
弯曲试验则是通过施加弯曲力来测量材料的弯曲强度、弯曲模量等。
二、热学性能测试热学性能是材料在热力学条件下的表现，包括导热性能、热膨胀性能等。
导热性能测试是评估材料导热性能的重要方法，常用的测试方法有热传导仪、热导率计等。
热膨胀性能测试则是测量材料在温度变化下的线膨胀系数，常用的测试方法有热膨胀仪、激光干涉仪等。
三、电学性能测试电学性能是材料在电场、电流下的表现，包括电导率、介电常数、电阻等。
电导率测试是评估材料导电性能的重要方法，常用的测试方法有四探针法、电导率计等。
介电常数测试则是测量材料在电场中的响应，常用的测试方法有介电常数测试仪、电容测量仪等。
电阻测试则是测量材料对电流的阻碍程度，常用的测试方法有电阻测试仪、电阻箱等。
四、其他物理性能测试除了上述的力学性能、热学性能和电学性能测试外，材料物理学中还有其他重要的物理性能需要测试。
例如，磁学性能测试是评估材料磁性的重要手段，常用的测试方法有霍尔效应测试、磁滞回线测试等。
光学性能测试则是评估材料对光的传输、反射、折射等性能的重要方法，常用的测试方法有透射光谱仪、反射光谱仪等。
综上所述，物理性能测试在材料物理学中具有重要的地位和作用。
通过对材料的力学性能、热学性能、电学性能等进行测试，我们可以全面了解材料的性能特点，为材料的设计、选择和应用提供科学依据。
材料物理性能课后习题答案
材料物理性能课后习题答案材料物理性能习题与解答目录1 材料的力学性能 (2)2 材料的热学性能 (12)3 材料的光学性能 (17)4 材料的电导性能 (20)5 材料的磁学性能 (29)6 材料的功能转换性能 (37)1材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。
解：根据题意可得下表由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm，受到应力为1000N拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m2，能伸长多少厘米?解：拉伸前后圆杆相关参数表)(0114.0105.310101401000940cmEAlFlEll=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅=∆-σε10909.40⨯0851.01=-=∆=AAllε名义应变1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。
解：根据 可知：1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。
证：1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。
若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。
解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。
则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。
1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。
解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程：Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：)21(3)1(2μμ-=+=B G E )(130)(103.1)35.01(2105.3)1(288MPa Pa E G ≈⨯=+⨯=+=μ剪切模量)(390)(109.3)7.01(3105.3)21(388MPa Pa E B ≈⨯=-⨯=-=μ体积模量.,.,11212121212121S W VS d V ld A Fdl W W S W VFdl Vl dl A F d S l l l l l l ∝====∝====⎰⎰⎰⎰⎰⎰亦即做功或者：亦即面积εεεεεεεσεσεσ)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =⨯+⨯=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量).1()()(0)0()1)(()1()(10//0----==∞=-∞=-=e e e Et t t σσεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：./)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。
绪论 第1章 材料的力学性能
4、 应力－应变曲线(σ-ε曲线)
拉伸曲线（力－伸长曲线）的不足之处是曲
线的形状 与拉伸试样的几何尺寸有关 ，只能反映
特定试样的力学性质。
若用应力－应变曲线 σ （ F/A0 ） - (Δ L/LO)
表示，它与试样的几何尺寸无关，其形状相似。
同时还可直接从σ -ε 曲线上直接读出力学性能指
标。
20
三、名义应力与真实应力
1、名义应力
在拉伸试验过程中，试样的横截面积不断减
小，如果用外力除以横截面积，得到的应力为条
件应力。
2、真实应力
F A0
如果用任意时刻的外力除以横截面积，得到 的应力为真实应力。
F S A
21
3、真实应力与名义应力的关系
F F S= ＝ ＝ A A0 (1
材料物理性能
主讲 唐正霞
材料的定义
经过人类劳动获得的、在进一步的加工过程中仍然 保持原质的劳动对象称为材料。 金属材料、非金属材料、高分子材料、复合材料
2
材料的四要素
结构与组成 合成与加工 材料的性质 使用性能
3
材料性能的定义
材料性能是一种用于表征材料在给定的外界条件 下的行为的参量。 从定义可以看出：
得回火托氏体，以及冷变形强化等，可以有效地提
高弹性极限，使弹性比功增加。 仪表弹簧因要求无磁性 ，常用铍青铜或磷青铜 等软弹簧材料制造。这类材料E值较低而σe较高 ， 故其弹性变形功也比较大。可以在弹性范围内对能
量有很大的吸收能力。
41
3.1.3
塑 性 变 形
1、塑性变形方式及特点
金属材料常见的塑性变形方式为滑移和孪生。
规律和原理。
12
3.1.1
物理性能化学性能
• 1.1.1物理性能
• 定义：材料在各种物理条件下表现出来的 性能，包括密度、熔点、导热性、热膨胀 性、磁性等。
1.1.1物理性能• 1Biblioteka 密度。材料单位体积的质量称为密度。
• 2）熔点。金属由固态转变为液态时的温度称 为熔点。
• 3）导热性。导热性是材料传导热量的能力， 用热导率λ来表征。 • 4）导电性。材料传导电流的能力称为导电 性。 • 5）热膨胀性。热膨胀性是指材料在温度变 化时，体积发生膨胀或收缩的性能。
1.2材料的力学性能
• 材料的力学性能是指材料在承受各种外加载 荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变 应力等）时所表现出的力学特征。
• 常用的金属材料力学性能包括强度、硬度、 塑性、刚度、冲击韧性、疲劳强度等。
力－伸长曲线
• 1）弹性形变阶段（oe）。弹性变形是指外 力去除后能恢复的变形。
• 2）微量塑性变形和屈服阶段(es和ss’)。试 样继续发生变形，但除去外力后，只能有 部分变形恢复，而另一部分变形不能消失。 • 3）均匀塑性变形阶段(s’b)。此阶段整个试 样均匀变形，直到b点载荷达到最大值。 • 4）局部塑性变形阶段(bk).b点以后，塑性变 形开始集中在试样某一局部进行，发生颈 缩现象，直至k点断裂。
• 6）磁性。材料能导磁的性能称为磁性。
• 1铁磁性材料 2弱磁性材料 3抗磁性材料。
1.1.2化学性能
• 材料的化学性能是指材料在室温或高温下， 抵抗各种介质化学作用的能力。 • 1）耐腐蚀性。耐腐蚀性是指材料抵抗各种 介质腐蚀破坏的能力。 • 2）抗氧化性。抗氧化性是指材料抵抗高温 氧化的能力。
材料物理性能
材料物理性能1. 引言材料物理性能是指材料在物理方面的性能特征与表现，包括其力学性能、热学性能、电学性能等。
了解材料的物理性能能够帮助我们选择合适的材料，预测材料的行为以及进行工程设计和优化。
2. 力学性能2.1 弹性模量弹性模量是材料在受力作用下产生弹性变形的能力，一般表示为杨氏模量（Young’s modulus）、剪切模量（Shear modulus）和泊松比（Poisson ratio）。
- 杨氏模量描述了材料在受拉或受压时的弹性性能，可以算作是应力与应变之间的比例系数。
- 剪切模量衡量了材料在受剪切力作用下的变形能力。
- 泊松比描述了材料在受力作用下，在两个垂直于受力方向的平面上的变形比例。
2.2 强度强度是指材料在承受外力作用下能够抵抗变形和破坏的能力。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。
不同类型的力学性能指标适用于不同的应用场景。
2.3 脆性和韧性脆性是指材料在受力作用下容易发生断裂的性质，表现为材料的断裂韧度较低；韧性是指材料在受力作用下能够发生塑性变形而不断裂的性质，表现为材料的断裂韧度较高。
脆性和韧性是相对的，不同材料的脆性和韧性特点不同。
3. 热学性能3.1 热膨胀系数热膨胀系数描述了材料在温度变化下的对长度、体积或密度的变化率。
材料的热膨胀系数可以影响它在温度变化下的热膨胀或收缩行为。
3.2 热导率热导率是指材料传导热量的能力，表示的是单位时间内单位温度差下，通过单位横截面积所传导的热量。
热导率可以用于描述材料的导热性能。
3.3 热容量热容量是指材料在受热时吸收热量的能力，以及在冷却时释放热量的能力。
热容量可以用于描述材料在温度变化下的热稳定性和热响应行为。
4. 电学性能4.1 电导率电导率是指材料导电的能力，表示单位长度内单位面积上的电流。
电导率可以用于描述材料的导电性能。
4.2 介电常数介电常数是指材料对电场的响应能力，表示单位电场下单位体积内储存能量的能力。
钢筋混凝土结构原理1材料的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 3 硬钢的应力—应变曲线
石家庄铁路职业技术学院
d ——极限抗拉强度 e ——极限应变
条件屈服强度： 取残余应变为0.2%所对应的应力作为无明显流幅钢筋
的强度限值，通常称为条件屈服强度。
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 4 钢筋的应力—应变简化模型
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 1 钢筋的种类及符号说明
预应力钢筋的屈服强度
种类
钢绞线
1×3 1×7
消除应力钢丝 热处理钢筋
光面螺旋肋
刻痕 40Si2Mn 48Si2Mn
45Si2Cr
石家庄铁路职业技术学院
符号
φS
φP φH φI
fptk 1860 1720 1570 1860 1720 1770 1670 1570 1570
fpy
f'py
1320
1220 390
1110
1320 390
1220
1250
1180 410
1110
1110 410
φHT
1470 1040 400
1.1 钢筋的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 2 软钢的应力—应变曲线
石家强度 e ——极限应变 ob ——弹性阶段 bc ——屈服阶段 cd ——强化阶段 de ——破坏阶段
影响因素：
尺寸效应：尺寸越大，内部缺陷较多， 强度较低。 加载速度：加载速度越快，强度越低。
端部约束：涂润滑油 ，强度降低。
1.2 混凝土的物理力学性能
第1章 材料的物理力学性能 1 立方体抗压强度
石家庄铁路职业技术学院
材料的力学性能
材料的力学性能材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括弹性模量、屈服强度、断裂强度等。
这些性能对于材料的工程应用具有重要意义，影响着材料的可靠性和安全性。
下面将从几个方面对材料的力学性能进行介绍。
首先，弹性模量是衡量材料刚度的重要指标。
弹性模量越大，材料的刚度越高，它能够反映材料在受力时的变形能力。
一般来说，金属材料的弹性模量较高，而塑料和橡胶等弹性体的弹性模量较低。
弹性模量的大小直接影响着材料的应力应变关系，对于材料的设计和选用具有重要的指导意义。
其次，屈服强度是材料在受力过程中发生塑性变形的临界点。
当材料受到外力作用时，首先会出现线性弹性变形，当达到一定应力值时，材料会发生塑性变形，这个应力值就是屈服强度。
屈服强度的大小决定了材料的抗塑性变形能力，也是衡量材料抗拉伸、抗压性能的重要参数。
另外，断裂强度是材料在受力过程中发生断裂的临界点。
当材料受到外力作用时，当应力达到一定值时，材料会发生断裂。
断裂强度是衡量材料抗断裂能力的重要参数，也是材料设计和选用的重要参考。
除了以上几个重要的力学性能参数外，材料的硬度、韧性、疲劳性能等也是影响材料力学性能的重要因素。
硬度是材料抵抗划痕和压痕的能力，韧性是材料抗冲击和断裂的能力，疲劳性能是材料在交变应力作用下的抗疲劳能力。
这些性能参数综合影响着材料在不同工程应用中的使用性能。
总的来说，材料的力学性能直接关系着材料的可靠性和安全性，对于材料的设计、选用和应用具有重要的指导意义。
因此，我们在工程实践中需要充分了解材料的力学性能参数，合理选择材料，确保工程的安全可靠。
同时，也需要不断开展材料力学性能的研究，提高材料的性能，推动工程材料的发展和应用。
材料物理性能
材料物理性能材料的物理性能是指材料在物理层面上所表现出来的各种性质和特性，包括力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等。
首先，力学性能是材料最基本的物理性能之一。
它包括抗拉强度、屈服强度、硬度、韧性、弹性模量等指标。
抗拉强度是材料在拉伸破坏时所能承受的最大拉力，屈服强度是材料在拉伸过程中开始产生塑性变形的拉力。
硬度是材料抵抗划痕或压痕的能力，描述了材料的抗刮擦性能。
韧性是材料在受外力作用下发生塑性变形而不破裂的能力，反映了材料的延展性。
弹性模量是材料在受力后产生弹性变形的能力，反映了材料的变形程度与受力大小的关系。
其次，热学性能是材料在热力学层面上的表现，包括热导率、热膨胀系数、比热容等。
热导率是材料导热性能的指标，反映了材料传导热量的能力。
热膨胀系数是材料在受热后的膨胀程度与温度变化之间的关系，描述了材料在温度变化时的尺寸变化。
比热容则是材料所需吸收或释放的热量与温度变化之间的关系，反映了材料的热量储存能力。
此外，电学性能是材料在电学层面上的表现，包括电导率、介电常数、磁导率等。
电导率是材料导电性能的指标，反映了材料导电的能力。
介电常数是材料对电场的响应能力，描述了材料在电场中的电极化程度。
磁导率则是材料对磁场的响应能力，反映了材料对磁场的传导性能。
最后，磁学性能是材料在磁化和磁导方面的表现，包括磁化强度、剩余磁感应强度、矫顽力等。
磁化强度是材料在外加磁场下磁化的能力，剩余磁感应强度是材料在去除外加磁场后保留的磁感应强度。
矫顽力是材料从磁化过程中恢复原始状态所需的去磁场强度，反映了材料抵抗磁通方向变化的能力。
总之，材料的物理性能涵盖了力学、热学、电学及磁学等多个方面，对于不同的应用需求，选择合适的材料具备合适的物理性能是十分重要的。
1-《材料物理性能》-第一章-概论
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1.2 材料物理性能的本构关系及学习意义
◼ 物理学—凝聚态物理学—材料物理—材料(物理)性能：
材料性能的本质：
外界因素(作用物理量)作用于某一物体，如：应力、温度、电 场、磁场、辐照、化学介质等，引起原子、分子或离子及电子的微 观运动，在宏观上表现为感应物理量，感应物理量与作用物理量呈 一定的关系，其中与材料本质有关的一种常数——材料的性能。
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知识体系
◼ 材料的分类：
➢按照人为加工程度区分：
✓天然材料：自然界原来就有未经 加工或基本不加工可直接使用
• 如棉花、沙子、石材、蚕丝、 煤矿、石油、铁矿、羊毛
✓合成材料：人为把不同物质经化 学方法或聚合作用加工而成
• 如塑料、合成纤维和合成橡胶
材料
天
合
然
成
材
材
料
料
知识体系
◼ 材料的分类：
➢按照物理化学属性区分：
课程简介
材料的物理性能
力学
电学 (介电)
热学
光学
功能转换
磁学
声学 核物理 。。。
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课程简介
◼ 主要内容：
A. 材料物理性能(热学、电学、介电、光学、磁学等)的基本概 念、宏观规律及参数；
B. 材料物理性能和材料的组成、制备工艺、材料结构之间的关 系；
C. 材料物理性能的微观机理。
◼ 学习目标：
➢研究方法: 观测，实验，理论, 计算。
◼ 分类：
➢古典力学、电动力学、统计力学； ➢量子力学：研究微观粒子运动及相互作用的规律。
材料物理性能总结
（1） CP 与 CV 均是温度的函数
（2） CP > CV
（3） CP 实验上测定方便，但 CV 理论上更有意义。
LOGO
2.1热容理论
假设条件：能量按自由度均分原则：1)在平衡状态下， 气体、液体和固体分子的任何一种运动形式的每一个自 由度的平均动能都是kT/2 。其中k是波尔兹曼常数，T 是绝对温度。2)固体中原子具有三个自由度，其平均动 能为3kT/2 。3)固体中振动着的原子的动能与势能周期性 变化，其平均动能和平均势能相等，所以一个原子平均 能量为3kT。4）一摩尔固体的能量：E=N03kT= 3RT 其中N0为阿伏伽德罗常数，R为气体常数。 5）所以固体摩尔热容 即杜隆－珀替定律。
3.2热膨胀与其他性能的关系
热膨胀与热容 由于二者引起的机理一致，故变化趋势相同。高温下 由于热平衡缺陷，造成点阵畸变，故α增大较显著。
V
r KV
cV
Al2O3 的比热容、线膨胀系数与温度的关系 LOGO
热膨胀与温度、热容的关系
晶格振动加剧
引起体积膨胀(V)
吸收能量 升高单位温度 CV
CmV≈ 3N0k=3R，即杜隆－珀替定律。
LOGO
温度很低时 T→ 0 ，ΘD/T →∞，
其中b为常数，此式即德拜三次方定律。
理论计算与实际相吻合
LOGO
德拜模型的优点与不足 优点：
德拜模型的结论与低温试验结果是一致的。
不足：
没有考虑电子温度，而对金属而言低温下热容基本由 电子贡献，正比于T。
2.4 硬度
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3 材料的冲击韧性和低温脆性
3.1 一次冲击实验-冲击韧性： aK=Ak/Fn 多次冲击实验-多冲抗力规律
材料的力学性能有哪些
材料的力学性能有哪些材料的力学性能是材料的重要性能之一，它可以从物理学和材料学的角度来考虑。
文章通过回顾、总结相关力学性能的概念，介绍材料的力学性能的分类，总结和讨论力学性能的影响因素，以及近年来力学性能的相关技术发展，旨在为大家深入了解材料的力学性能提供参考。
一、材料的力学性能1、定义力学性能是一种对材料造成外力作用时材料的变形和断裂特性的描述。
它是材料受外力作用时生成的变形、损耗、失效和断裂性能指标，也是评估材料性能的重要指标。
力学性能由材料强度、塑性性能、硬度、刚性、弹性、断裂性能等组成。
2、分类根据材料的力学性能的不同性质，可以将它分为静态性能和动态性能。
（1）静态性能是指材料在恒定力作用下的变形或断裂性能，具体又可以分为抗拉强度、抗压强度、弹性模量、抗剪强度、断裂硬度、抗蠕变强度、塑性变形率以及抗冲击性能等。
（2）动态性能是指材料在变化的力或频率作用下的变形或断裂性能。
常见的指标有拉伸强度、屈服强度、抗疲劳强度、抗韧性、低周疲劳极限等。
二、影响力学性能的因素1、组织结构材料的力学性能主要受材料的组织结构影响。
材料的组织结构包括材料的基体组织、细观结构以及表面处理等。
其中材料细观结构和表面处理是影响力学性能的重要因素，例如材料的细观结构可影响材料的力学强度、韧性和断裂等，表面处理可影响材料的磨损性、抗腐蚀性、耐腐蚀性等。
2、成分材料中含有的物质成分是影响力学性能的重要因素。
材料中物质成分的多少和含量对材料的力学性能具有重要影响，例如合金中添加的各种微量元素可以改善材料的力学性能，改进材料的强度、硬度、耐磨性和断裂强度等。
三、近年来力学性能技术发展1、改性技术近年来，科学家们采用改性技术，设计和合成新型纳米功能介质，从而改变材料的组织结构和相应的力学性能。
例如纳米丝增强的复合材料可以改变材料的组织结构，从而改善材料的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗蠕变强度、断裂硬度和抗冲击性能等。
2、复合技术复合技术也是改善材料力学性能的重要手段。
材料的性能
材料的性能1．力学性能材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。
压力容器用材料的常规力学性能指标主要包括强度、硬度、塑性和韧性等。
(1)强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。
强度指标是设计中决定许用应力的重要依据，是材料抵抗外力作用能力的标志。
常用的强度指标有屈服强度σs或σ0．2和抗拉强度σb，高温下工作时，还要考虑蠕变极限σn和持久强度σD，设计中许用应力都是根据这些数值决定的。
另外，材料的屈强比(σs／σb)也是反映材料承载能力的一个指标，不同材料具有不同的屈强比，即使是同一种材料，其屈强比也随着材料热处理情况及工作温度的不同而有所变化。
(2)塑性是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。
塑性指标主要有伸长率δ、断面收缩率φ、冲击韧性ak等。
用塑性好的材料制造容器，可以缓和局部应力的不良影响，有利于压力加工，不易产生脆性断裂，对缺口、伤痕不敏感，并且在发生爆炸时不易产生碎片。
作为化工容器用的钢，要求伸长率δ不低于14％，冲击韧性ak在使用温度下不低于35J／cm2。
(3)韧性是指金属材料抵抗冲击负荷的能力。
韧性常用冲击功Ak和冲击韧性值ak表示。
Ak值或ak值除反映材料的抗冲击性能外，还对材料的一些缺陷很敏感，能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化。
而且Ak对材料的脆性转化情况十分敏感，低温冲击试验能检验钢的冷脆性。
表示材料韧性的一个新的指标是断裂韧性，它是反映材料对裂纹扩展的抵抗能力。
(4)硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。
硬度试验的方法较多，原理也不相同，测得的硬度值和含义也不完全一样。
最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA，HRB，HRC)、维氏硬度(HV)，其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。
而肖氏硬度(HS)则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功的大小。
因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。
材料物理参数
材料物理参数
材料物理是研究材料物理性质，例如热导率、电导率、磁导率、光学性质、力学性能、热膨胀系数等的分支学科。
材料物理参数指描述材料物理性质的数值参数，下面将介绍一
些常见的材料物理参数。
1. 热导率（Thermal conductivity）
热导率指物质在不同温度下传递热的能力，即热量传递的速度。
物体的热传导率与物
质的热传导性质有关。
热导率的单位是瓦特/(米·开尔文)，常常用于衡量材料的绝缘性
能和散热性能。
电导率是一种描述固体材料导电能力的物理参数，通常指的是导电性表现出来的电流
密度与电场密度之比的值。
电导率的单位是西门子/米（S/m），它用于衡量材料的导电性。
磁导率是材料对磁场的响应能力，也就是材料被磁化的程度。
磁导率的单位是亨利/米，它描述了磁场在材料中传播的速度和方向。
4. 光学性质（Optical properties）
光学性质描述了材料对光的反射、折射、干扰等特性。
常见的光学参数包括折射率、
反射率、吸收率等。
光学性质通常被用于材料分析、识别和光学设计领域。
5. 声速（Speed of sound）
声速是指声波穿过材料时的速度。
它是材料内部声波传播能力的重要指标。
不同的材
料具有不同的声速，这取决于材料的密度、硬度和弹性等特性。
力学性能是一类描述材料抵抗变形和断裂的物理参数，包括弹性模量、压缩模量、拉
伸强度、扭曲模量等。
这些参数用于材料设计、工程应用和材料损伤分析等领域。
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双轴应力下的强度
拉 -0.2
2/f
c
1.2 1.0
-0.2
/fc
0.2
0.1
1.0 1.2 压
/fc
-0.1 0.0 0.6 1.0 单轴抗压强度 单轴抗拉强度
1/fc
双向正应力下的强度曲线
法向应力和剪应力下的强度曲线
三向受压时的混凝土强度
1=fcc’ 2= 3= fL
fL----侧向约束压应 力（加液压）
圆柱体试验
1=fcc’
f cc ' f c '4.1 f L
有侧向约 束时的抗 压强度 无侧向约 束时圆柱 体的单轴 抗压强度
第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
4.混凝土强度等级的选择 钢筋混凝土结构中混凝土强度不应低于C20；结构采 用400MPa钢筋时，混凝土不应低于C25； 反复荷载及预应力构件中不应低于C30;
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
4. 混凝土的徐变（长期荷载作用下的变形） (1)徐变的定义 混凝土在荷载长期作用下，应力不变，应变 随时间不断增长的现象称为混凝土的徐变。 (2)徐变应变εcr与时间t的变化曲线 混凝土棱柱体试件在荷载长期作用下，应变ε与 时间t的变化曲线。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
当混凝土的收缩变形受到约束时，将在混凝土中产 生拉应力，可导致混凝土构件开裂或使预应力混凝土构 件产生预应力损失。 为减小混凝土的收缩，应采取增加混凝土的密实度、 加强对混凝土的早期养护或设置施工缝等措施。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
(2)混凝土的温度变形 混凝土在温度变化时，体积热胀冷缩，称为温度 变形。混凝土的温度线膨胀系数一般可取1×10-5/℃。 当混凝土的温度变形受到约束时，将产生温度应 力，可使结构产生裂缝。故可采取在结构的适当部位 设置伸缩缝等措施减小温度变形的不利影响。钢筋混 凝土结构伸缩缝的最大间距见《规范》。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
3.轴心抗拉强度 轴心抗拉强度是确定混凝土构件的抗裂度和变形 等的重要力学性能指标。 （1）轴心拉伸试验法 （2）劈拉试验法
混凝土轴心抗拉强度较立方体抗压强度小的多。 因此，混凝土主要用于承受压力。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
4.复合受力强度 （1）双向受力 （2）三向受压 （3）单轴正应力和剪应力共同作用时的强度
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
对普通钢筋
la
la
fy ft
f py ft
d
d
对预应力钢筋
式中 fy——普通钢筋的抗拉强度设计值； ft ——混凝土的轴心抗拉强度设计值，当 混凝土强度等级大于C60时，按C60级 取值； d ——钢筋的公称直径； α——钢筋的外形系数，按表1-5采用。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
混凝土强度等级用符号C和混凝土立方体抗压强 度标准值表示。例如C30，即表示fcu,k=30MPa。
《规范》根据立方体抗压强度标准值，按级差
5MPa，将混凝土从C15到C80共划分为14个强度等 级。C50及以上的混凝土为高强度混凝土。 对边长100mm的非标准立方体试件须将其抗压 强度实测平均值乘以系数μ=0.95换算为标准立方体 试件的强度；边长为200mm的立方体试件，取 μ=1.05。
且预应力构件中不宜低于C40.
二、混凝土的变形
混凝土的变形分 受力变形：由荷载作用产生。 体积变形：温湿度变化引起。
1.混凝土在一次短期荷载下的变形 棱柱体试件在一次短期压力荷载作用下的应力－应 变曲线。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
(1)上升段OC 1）压应力σ≤0.3fc 的 OA段，应力与应变关系基 本为直线，混凝土表现为 弹性性质；混凝土中的骨 料和水泥结晶体的弹性变 形起决定因素。 2）压应力σ接近0.8fc，即B点时，应变增加更快； 混凝土表现出明显的塑性性质。主要是混凝土内部微 裂缝的扩展延伸和水泥凝胶体的粘性流动所致。
3. 影响粘结强度的因素
变形钢筋的粘结强度高；
混凝土的强度等级高，则粘结强度也高； 钢筋周围的混凝土越厚，则粘结强度也越高； 实际工程中为保证钢筋与混凝土能够共同工作， 必须采取可靠的工程构造措施。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
三、保证粘结的构造措施
1.钢筋的基本锚固长度 基本锚固长度是指钢筋的拉应力σs达到屈服强度fy 时，尚未产生粘结破坏所需的锚固长度。 《规范》规定，当计算中充分利用钢筋的抗拉强度 时（如悬壁梁的上部受力钢筋），受拉钢筋的基本锚 固长度la为
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
2.混凝土在重复荷载作用下的变形 混凝土棱柱体试件在多次重复荷载作用下的应 力-应变关系曲线与加荷时的应力大小有关。 当应力不超过某一限值时，经过多次重复加荷 后，试件如同弹性体一样工作而不破坏，则此限值 f 称为混凝土的疲劳强度。用 f c 表示。 混凝土的强度等级越高，疲劳强度也越高；荷 载重复次数越多，疲劳强度越低；疲劳应力比值越 小，疲劳强度越低。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
二、粘结强度的测定及影响因素 1.粘结强度的测定
钢筋与混凝土之间的粘结强度可用拔出试验测定。
2.粘结应力的分布 粘结应力的分布 为曲线，最大粘结应 力发生在距拔出端一 定距离处；当钢筋埋 入混凝土中较长时， 埋入的尾部区段上粘 结应力为零；
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
3.混凝土的弹性模量 计算混凝土构件的变形、预应力混凝土构件的预 应力以及超静定结构的内力等时，需要确定混凝土 的弹性模量。 混凝土的受压变形模量可按如下方法确定：
1）原点切线模量。又称混凝土 的弹性模量。在混凝土棱柱体受 压应力－应变曲线的原点作一切 线，则该切线的斜率即为原点切 线模量，用Ec表示。即
Ec=tanα0
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
2）割线模量。又称混凝土的变 形模量。即通过混凝土棱柱体受压 应力－应变曲线上任一点A的割线 斜率，用E’c表示。 E’c=υEc
υ称为混凝土的受压弹性系数， 一般在0.5~1.0之间变化。
3）切线模量。指混凝土棱柱体 受压应力－应变曲线上任一点A的 切线斜率, 用 E 表示。即 c d Ec d
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
5) 纵向受力钢筋的实际配筋面积大于设计计算面积 时，修正系数为设计计算面积与实际配筋面积的比值。 对有抗震设防要求及直接承受动力荷载的结构构件， 不得考虑此项修正。 上述各项修正系数可以连乘，但不应小于0.6。预应 力钢筋可取1.0 梁柱节点中钢筋的锚固应符合框架结构的要求。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
2. 轴心抗压强度 采用棱柱体试件（100×100×300mm或 150×150×450mm），按照测定立方体抗压强度的条 件和方法测得的抗压强度，称为棱柱体抗压强度或轴 心抗压强度。
棱柱体抗压强度能较好地反映实际工程中混凝土 的实际受压强度。
棱柱体抗压强度因受摩擦力的横向约束影响较小， 故较立方体强度小。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
《规范》采用对棱柱体试件重复加荷卸荷后的直 线斜率作为混凝土的受压弹性模量Ec，通过试验统计 分析得出
105 EC 34.74 2.2 f cu ,k
《规范》给定的混凝土受压弹性模量Ec值见本章 附表1-3。混凝土的受拉弹性量模取值同受压弹性模量。 混凝土横向变形系数（泊松比=0.2） 混凝土的剪变模量G取0.4Ec。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
3）压应力σ达到最大值fc，即C 点时 ，混凝土内部 微裂缝不断产生，并相互贯通，试件表面出现明显的 纵向裂缝而开始破坏。相应于最大压应力值fc的应变ε0 一般为0.002。 (2)下降段CE
1）应变过C点后，随着缓慢的卸荷，应力逐渐减小 而应变却持续增加，在D点出现反弯点，相应的应变称 为混凝土的极限压应变εcu。εcu值越大，表示混凝土的 塑性变形能力越大，构件的延性越好，抗震能力较强。 εcu值一般可取0.0033。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
在计算中充分利用钢筋的抗压强度时，受压 钢筋的锚固长度不应小于受拉钢筋基本锚固长度la 的0.7倍。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
第三节 钢筋与混凝土的粘结
一、粘结的作用及产生的原因
1. 粘结的作用 保证混凝土与钢筋共同受力变形的最基本条件。 2. 粘结产生的原因及组成 混凝土中水泥凝胶与钢筋表面之间的胶结力。
混凝土收缩，将钢筋紧紧握裹而产生的摩擦力。
钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合 力。机械咬合力较大，约占总粘结力的50%以上。 光圆钢筋的机械咬合力较变形钢筋要小。
徐变在初期发展较快，经过很长时间后趋于稳定。 徐变应变εcr与弹性应变εce的比值可达2～4。
(3)徐变的分类
当σ≤0.5 fc时，εcr与σ成正比，称为线性徐变；
当σ＞0.5 fc时，εcr较σ增长更快，称为非线性徐变。
当σ>0.8 fc时，徐变变形将导致
(4)徐变产生的主要原因
混凝土中水泥凝胶体的粘性流动和内部微裂缝的发
展所致。
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第一章 钢筋和混凝土材料的力学性能
(5) 影响徐变大小的因素 加荷应力越大，徐变越大；
水泥用量多或水灰比大，徐变就增大；
骨料的弹性模量大，徐变就小； 养护条件好，龄期长，则徐变就小； 使用环境干燥、高温，则徐变就较大。 (6) 徐变对结构的影响