材料的力学性质
材料的力学性质
材料的力学性质材料的力学性质是指材料在力的作用下表现出的力学特性。
主要包括弹性性能、塑性性能和断裂性能等。
首先，弹性性能是指材料在外力作用下能够恢复原状的能力。
材料的弹性性能可以通过应力-应变关系来描述。
在小应力范围内，材料的应变与应力呈线性关系，这可以用胡克定律表示。
胡克定律描述了材料在弹性形变时的行为，即应变正比于应力。
在大应力下，材料可能会发生塑性变形，失去弹性性能。
其次，塑性性能是指材料在外力作用下能够经历非可逆变形的能力。
塑性变形是指材料在外力作用下发生的永久性变形。
材料的塑性性能可以通过材料的屈服强度、延伸率、硬度和冷加工性等指标来评估。
屈服强度是材料在开始发生塑性变形前的应力水平，它标志着材料的塑性变形起始点。
延伸率是指材料在屈服强度下可以延展的长度百分比，反映了材料的可塑性。
硬度是指材料抵抗划伤或形变的能力，一般通过材料的减小面积和加大力量来测试。
冷加工性是指材料在室温下经受形变时的性能，反映了材料的塑性变形能力。
最后，断裂性能是指材料在外力作用下发生断裂的能力。
材料的断裂性能可以通过强度、韧性、断裂韧性和脆性等指标来评估。
强度是指材料抵抗断裂的能力，它可以分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。
韧性是指材料在外力作用下发生断裂前所吸收的能量，韧性高的材料能够在发生破坏之前吸收更多的能量。
断裂韧性是指材料在断裂前所吸收的能量密度，它是材料韧性的衡量指标。
脆性是指材料在外力作用下迅速发生断裂的性质，脆性材料的断裂往往是无法预测的，而韧性材料的断裂往往是可以预测的。
综上所述，材料的力学性质包括弹性性能、塑性性能和断裂性能等指标。
这些性质影响着材料在工程实践中的性能和应用范围，因此对于材料的力学性质的研究和评估是非常重要的。
建筑材料的力学性质
•
小田 @
材料的脆性与韧性
• 材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料发生突 然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。 具有这种性质的材料称脆性材料。 • 脆性材料抵抗冲击荷载或振动荷载作用的能力很差。 其抗压强度远大于抗拉强度，可高达数倍甚至数十倍。所 以脆性材料不能承受振动和冲击荷载，也不宜用作受拉构 件，只适于用作承压构件。建筑材料中大部分无机非金属 材料均为脆性材料，如天然岩石、陶瓷、玻璃、普通混凝 土等。
小田 @
耐磨性
耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨损率 （B）表示，其计算公式为
B=（m1-m2）/A
式中: B——材料的磨损率（g／cm2）； m1、m2一分别为材料磨损前、后的质量（g）； A—试件受磨损的面积（cm2）。
材料的耐磨性与材料的组成成分、结构、强度、硬度等有 关。在建筑工程中，对于用作踏步、台阶、地面、路面等 的材料，应具有较高的耐磨性。一般来说，强度较高且密 实的材料，其硬度较大，耐磨性较好。
测试题
• 直径为20mm钢筋作拉伸试验， 测得能承受的最大拉力为145KN， 计算钢筋的抗拉强度（精确到 1MPa）
小田 @
比强度
为了对不同材料的强度进行比较，可采用比强度这一指标。 比强度反映材料单位体积质量的强度，其值等于材料强度与 体积密度之比。
比强度是衡量材料轻质高强的重要指标，优质的结构材料， 必须具有较高的比强度。
•
• 钢材易受氧化而锈蚀 • 无机金属材料常因氧化、风化、碳化、溶蚀、冻融、热应 力、干湿交替作用而破坏 • 有机材料因腐烂、虫蛀、老化而变质
小田 @
材料的等级
• 大部分建筑材料根据其极限强度的大小，可划分为若干 不同的强度等级。如：
材料的常用力学性能有哪些
材料的常用力学性能有哪些材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，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。
1强度强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。
强度用应力表示，其符号是σ，单位为MPa，常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度，通过拉伸试验测定。
2塑性塑性是指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。
材料塑性好坏的力学性能指标主要有伸长率和收缩率，值越大，材料的塑性就越好，通过拉伸试验可测定。
3硬度硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。
材料的硬度越高，其耐磨性越好。
常用的硬度指标有布氏硬度（HBS）和洛氏硬度（HRC）。
1）布氏硬度表示方法：布氏硬度用HBS（W）表示，S表示钢球压头，W表示硬质合金球压头。
规定布氏硬度表示为：在符号HBS或HBW前写出硬度值，符号后面依次用相应数字注明压头直径（mm）、试验力（N）和保持时间（s）。
如120 HBS 10/1000/30。
适用范围：HBS适用于测量硬度值小于450的材料，主要用来测定灰铸铁、有色金属和经退火、正火及调质处理的钢材。
根据经验，布氏硬度与抗拉强度之间有一定的近似关系：对于低碳钢，有σ=0.36HBS；对于高碳钢：有σ=0.34HBS。
2）洛氏硬度表示方法：常用HRA、HRB、HRC三种，其中HRC最为常用。
洛氏硬度的表示方法为：在符号前面写出硬度值。
如62HRC。
适用范围：HRC在20-70范围内有效，常用来测定淬火钢和工具钢、模具钢等材料，1HRC相当于10HBS。
4冲击韧性冲击韧性是指材料抵抗冲击载荷而不被破坏的能力，材料的韧性越好，在受冲击时越不容易断裂。
5疲劳强度疲劳强度是指材料经过无数次应力循环仍不断裂的最大应力。
6弹性在物理学和机械学上，弹性理论是描述一个物体在外力的作用下如何运动或发生形变。
在物理学上，弹性是指物体在外力作用下发生形变，当外力撤消后能恢复原来大小和形状的性质。
03-材料的力学性能
其它塑性材料拉伸时的力学性能
σ /MPa
900 700 500 300 100 0 10 20 30 40 50 60
σ 锰钢
b a σ 0.2
镍钢
青铜 ε（%） 0.2 ε （%）
断裂破坏前产生很大塑性变形； 没有明显的屈服阶段。
名义屈服 极限σ 0.2
脆性材料拉伸时的力学性能
σ /MPa
500 400 300 200 100 0 0.2 0.6 1.0 1.4
ε（%）
铸铁压缩时的σ ~ ε 曲线
反映材料力学性能的主要指标
强度性能 反映材料抵抗破坏的能力，塑性材料： σs 和 σb ，脆性材料：σb ； 弹性性能 反映材料抵抗弹性变形的能力：E； 塑性性能 反映材料具有的塑性变形能力： δ和ψ 。
塑性材料在断裂时有明显的塑性变形；而脆性材料 在断裂时变形很小。 塑性材料在拉伸和压缩时的弹性极限、屈服极限和 弹性模量都相同，它的抗拉和抗压强度相同。而脆性 材料的抗压强度远高于抗拉强度。
b a
拉伸试验结果分析(低碳钢)
虎克定律： 虎克定律：当σ ≤ σp （ σe ） 时，应力与应变成直 线关系，即
σ = Eε σ E = = tgϑ ε
E称为材料的弹性模量， 单位：N/m2, Pa, MPa
拉伸试验结果分析(低碳钢)
E的物理意义 的物理意义 P ∆l σ= ε= 将 A0 l0 代入
现象：试件某个部位突然变细，出现局部收缩——颈缩。 现象
特点： 特点 a、df曲线开始下降，产生变形所需拉力P逐渐减小； b、实际应力继续增大，但σ 为名义应力，A变小没 有考虑，所以d点后σ ~ ε曲线向下弯曲； c、到达f点时，试件断裂。
拉伸试验结果分析(低碳钢)
材料的力学性质分析方法
材料的力学性质分析方法材料的力学性质分析是材料科学研究的重要组成部分，它是通过力学的方法去研究材料的各种力学性能，如强度、刚度、韧性等。
本文将介绍材料的力学性质分析方法，并从宏观和微观两个角度来探讨。
宏观分析方法宏观分析方法是指从宏观力学的角度出发，对材料的力学性质进行分析。
常用的宏观分析方法有拉力测试和压力测试。
1. 拉力测试拉力测试是一种常见的材料力学性质测试方法，主要用于测定材料的抗拉强度和延伸率。
测试时，将材料拉伸至一定载荷，记录载荷和伸长量的变化曲线，再通过计算得到材料的抗拉强度、屈服强度、拉伸模量等性质。
在实际应用中，拉力测试广泛应用于工程材料、金属材料、聚合物材料以及复合材料等各种材料的强度评估和质量控制。
2. 压力测试压力测试是将一个测试样品置于一个已知面积的支撑物上，施加一定的压力，在掌握曲线变化的情况下，最终计算出材料的抗压强度、屈服压力等材料力学性能。
与拉力测试类似，压力测试也被广泛应用于工程材料、金属材料、聚合物材料以及复合材料等各种材料的强度评估和质量控制。
微观分析方法微观分析方法是从微观角度出发，对材料的力学性质进行分析，在实验室中主要应用于金属材料、高分子材料等的力学性质测量和研究。
1. 金相分析金相分析是一种光学显微镜技术，通过金相试样进行形状和组织分析。
它主要用于金属材料的显微结构分析和组织观察，以便评估现有组织中缺陷数量，分布和类型。
在材料研究和生产中，金相分析是一种常见的工具，同时它也是检测金属材料的缺陷和断裂表面的方法之一。
2. 原子力显微镜分析原子力显微镜分析（Atomic Force Microscopy，AFM）是一种高精度的显微镜技术，可以对材料的表面形貌、摩擦力、粘附力等进行分析。
AFM主要用于非导体材料和生物学领域中，由于其高分辨率和三维重建能力，它已广泛用于纳米材料的研究，如石墨烯、五金纳米线等。
总结材料的力学性质分析是材料科学研究的重要组成部分，而宏观和微观两种分析方法也是材料力学性质测试中的常见方法。
材料的力学性质测试方法
材料的力学性质测试方法材料是我们现代工业生产中不可或缺的一部分。
而材料的力学性质则是我们评估材料质量、使用范围等方面的重要参考指标。
但是如何测试材料的力学性质？这是我们今天要探讨的问题。
一、拉伸试验拉伸试验是一种常用的材料力学性质测试方法，它可以测量材料的抗拉强度、断裂伸长率等性能。
在实验中，我们通常将材料制成标准的试样并夹紧在拉力机上，然后用拉力机慢慢施加力，同时记录下拉力与试样伸长的变化情况。
最终，我们可以得到一条应力-应变曲线。
通过计算这条曲线的斜率，我们就可以得到材料的弹性模量。
而通过曲线的最大应力点，我们则可以得到材料的抗拉强度。
二、硬度试验硬度试验是另一种常用的材料力学性质测试方法，它可以测量材料的硬度值。
硬度试验通常使用的设备为硬度计。
在试验中，我们将硬度计压在不同的材料表面上，并记录下所需的测试力以及压痕的直径大小。
通过这些数据，我们就可以计算出材料的硬度值。
三、冲击试验冲击试验是测试材料抗冲击强度的一种方法，它主要通过测试材料在受到冲击时的断裂或形变情况来评估材料的性质。
在实验中，我们通常使用冲击试验机将冲击力施加到试样上，并记录下材料的形变情况。
通过形变情况的分析，我们可以得到材料的冲击韧性、冲击强度等重要性能指标。
四、疲劳试验疲劳试验是一种测试材料在长时间或循环的应力作用下的强度和破坏性能的方法。
在实验中，我们通常将材料制成标准的试样，并在疲劳试验机上进行循环施力。
在不同时刻，我们会记录下材料的位移、载荷、应变或应力等关键数据。
通过分析这些数据，我们可以得到材料在不同循环次数下的疲劳极限和疲劳寿命等重要信息。
五、压缩试验压缩试验是一种测试材料围向压缩时的强度和破坏性能的方法。
在实验中，我们通常将材料制成标准的试样，并将其放置在压力测试机上，施加向下的压力。
在压力作用下，我们会记录下材料的变形情况以及所需的压缩力。
通过分析这些数据，我们可以计算出材料的围向强度、屈服强度等关键指标。
材料的力学性质和应力分析
材料的力学性质和应力分析材料的力学性质是指材料在受到外力作用下的表现和特性。
了解材料的力学性质对于工程设计和制造具有重要意义，可以帮助我们优化结构和提高材料的使用效能。
本文将从基本概念入手，介绍材料的力学性质以及应力分析的相关内容。
一、弹性模量弹性模量（Young's modulus）是一个衡量材料刚度或者变形能力的物理量。
它定义为单位应力下材料所产生的应变。
一般表示为E，单位是帕斯卡（Pa）。
弹性模量越大，材料的刚性越高，变形能力越小。
常见的材料如钢材、铝合金等具有较高的弹性模量，而橡胶等弹性材料则具有较低的弹性模量。
二、屈服强度屈服强度是指材料在受到外力作用时开始产生塑性变形的应力值。
一般表示为σy，单位仍为帕斯卡。
屈服强度是材料抗应力能力的重要指标之一，反映了材料的强度和韧性。
一般来说，屈服强度越高，材料的抗应力能力越强。
三、断裂韧性断裂韧性是材料在受到外力作用时破坏前所能吸收的能量。
它是一个衡量材料抗断裂性能的指标，常用单位是焦耳/平方米。
高断裂韧性的材料能够在承受冲击或挤压等外力时具有较强的韧性和延展性，不容易发生断裂。
如钢材、陶瓷等材料具有较高的断裂韧性。
四、材料的应力分析应力是材料单位面积上的力，通常表示为σ，单位为帕斯卡。
应力分析是研究材料在受到外力作用时，应力如何分布和变化的过程。
常见的应力分析方法有静力学和动力学两种。
静力学应力分析是指在力平衡的条件下，通过解析或者数值方法计算材料的应力分布。
动力学应力分析则考虑了外界作用下材料的惯性效应和动态变化，对于研究材料在高速运动或者冲击载荷下的应力响应非常重要。
结论材料的力学性质和应力分析对于工程设计和制造过程具有重要的指导意义。
通过了解材料的弹性模量、屈服强度和断裂韧性等性质，可以选择合适的材料类型，提高工程结构的可靠性和安全性。
同时，对于材料在受到外力作用时的应力分布和变化进行分析，可以帮助我们预测材料的受力情况，设计合理结构以及降低材料失效的风险。
材料力学性能概念
本文详细介绍金属材料试验时几个常用的概念，以供参考学习。
一、抗拉强度抗拉强度，表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有（或很小）均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。
符号为Rm，单位为MPa。
抗拉强度（tensile strength）试样拉断前承受的最大标称拉应力。
抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。
对于塑性材料，它表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有(或很小)均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。
符号为Rm，单位为MPa。
试样在拉伸过程中，材料经过屈服阶段后进入强化阶段后随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力（Fb），除以试样原横截面积（So）所得的应力（σ），称为抗拉强度或者强度极限（σb），单位为N/mm2（MPa）。
它表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。
计算公式为：σ=Fb/So式中：Fb--试样拉断时所承受的最大力，N（牛顿）； So--试样原始横截面积，mm²。
抗拉强度（ Rm）指材料在拉断前承受最大应力值。
万能材料试验机当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。
此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。
钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。
单位:N/mm2(单位面积承受的公斤力)抗拉强度：Tensile strength.抗拉强度=Eh，其中E为杨氏模量，h为材料厚度目前国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定!二、屈服强度屈服强度：是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力。
材料的力学性能强度、塑性
F
F
二、拉伸试验
0
拉伸试验是在静拉力的作用下，
1
对试样进行轴向拉伸，直至将试
样拉断，通过测量拉伸中力和试
样长之间的关系来判断材料的
性能。
0 2
实验仪器
0 3
万能材料试验机
2.拉伸原理
拉伸标准试样
标准试样直径为d，标 距长度为L。
标距L和直径d之间有 两种关系：L=5d或者 L=10d。
力-伸长曲线分析 力-伸长曲线 屈服 冷变形强化 颈缩 断裂
材料的力学性能指标：
强度、塑性、韧性、硬度、疲劳等。
一、强度和塑性
1. 强度：材料或构件在一定载荷下抵抗永久变形和断裂的能 力称为强度。（强度是材料整体抵抗变形和断裂的能力）
2. 弹性：物体受外力作用变形后，除去作用力时能恢复原来形 状的性质。
3. 塑性：在某种给定载荷下,材料产生永久变形的特性。一但 发生塑性形变则无法恢复。
202X
材料的力学性能
度
、
塑
性
202X
材料的力学性能:
材料在不同环境中，承受载荷（静载荷、动载荷、交变载荷）时 表现出的性能， 主要为变形、破坏。
研究材料的力学性能的目的：
确定材料在变形和破坏情况下的一些重要性能指标；作为选择、设计、制造机 械零件或工具的主要依据，也是评判材料质量好坏的重要判据。
2.拉伸试验中的强度指标
1)屈服强度：屈服现象是指试样在试样过程中，外载荷不变的情况下依然 继续变形。
σs=Fs/S0 其中：Fs是试样屈服时承受的拉伸力（N）；S0是试样原始横截面积（m2 ）。
2)规定残余伸长应力：很多材料没有明显的屈服现象。规定残余伸长应力 是指试样卸载拉伸力后，标距部分的伸长量达到规定的原始标距长度百分比 时产生的拉力与试样横截面比值。
材料的力学性能重点总结
名词解释：1加工硬化：试样发生均匀塑性变形，欲继续变形则必须不断增加载荷，这种随着随性变形的增大形变抗力不断增大的现象叫加工硬化。
2弹性比功：表示金属材料吸收塑性变形功的能力。
3滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随着时间延长产生附加弹性应变的现象。
4包申格效应：金属材料通过预先加载产生少来塑性变形，卸载后再同向加载，规定参与伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5塑性：金属材料断裂前发生塑性变形的能力。
常见塑性变形方式：滑移和孪生6应力状态软性系数：最大切应力最大正应力应力状态软性系数α越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越软，材料越易产生塑性变形α越小，表示应力状态越硬，则材料越容易产生脆性断裂7缺口效应：由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生拜年话，产生所谓―缺口效应―①缺口引起应力集中，并改变了缺口应力状态，使得缺口试样或机件中所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或者三向应力状态。
②缺口使得材料的强度提高，塑性降低，增大材料产生脆断的倾向。
8缺口敏感度：有缺口强度的抗拉强度ζbm与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度ζb的比值. NSR=ζbn / ζs NSR越大缺口敏感度越小9冲击韧性：Ak除以冲击式样缺口底部截面积所得之商10冲击吸收功：式样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功以Ak表示，单位J11低温脆性：一些具有体心立方晶格或某些秘排立方晶格的金属，当温度降低到、某一温度时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这种现象称为低温脆性12 脆性转变温度：当温度降低时，材料屈服强度急剧增加，而塑形和冲击吸收功急剧减小。
材料屈服强度急剧升高的温度，或断后延伸率，断后收缩率，冲击吸收功急剧减小的温度就是韧脆转变温度tk，tk是一个温度区间13疲劳贝纹线:以疲劳源为中心的近于平行的一簇同心圆.是疲劳源裂纹扩展时前沿的痕迹14疲劳条带：具有略显弯曲并相互平行的沟槽花样，是疲劳断口最典型的微观特征15驻留滑移带：金属在循环应力长期作用下，形成永久留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带，具有持久驻留性.16应力场强度因子KI ：表示应力场的强弱程度，对于某一确定的点的大小直接影响应力场的大小，KI 越大，则应力场各应力分量也越大17应力腐蚀：金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后产生的低应力脆断现象18氢致延滞断裂：高强度钢或α+β钛合金中，含有适量的处于固溶状态的氢，在低于屈服强度的应力持续作用下经过一段时间的孕育期后在金属内部，特别是在三向拉应力区形成裂纹，裂纹的逐步扩展，最后突然发生脆性断裂，这种由于氢的作用而产生的延滞断裂现象称为氢致延滞断裂第一章2.力学性能指标的意义（1)δ0.2 对于拉伸曲线上没有屈服平台的材料，塑性变形硬化过程是连续的，产生0.2%残余伸长应力时刻的屈服强度。
弹性与塑性材料的力学性质
弹性与塑性材料的力学性质材料力学是研究材料在外力作用下的变形和破坏规律的学科。
材料的力学性质是材料力学研究的重要内容之一。
材料的力学性质包括弹性性质和塑性性质。
本文将重点介绍弹性与塑性材料的力学性质。
一、弹性材料的力学性质弹性材料是指在外力作用下，能够发生弹性变形，当外力消失时，能够恢复原来的形状和大小的材料。
弹性材料的力学性质主要包括弹性模量、泊松比和弹性极限。
1. 弹性模量弹性模量是衡量材料抵抗弹性变形的能力的物理量。
弹性模量越大，材料的抗弹性变形能力越强。
弹性模量的单位是帕斯卡（Pa）。
常见的弹性模量有杨氏模量、剪切模量和泊松比。
2. 泊松比泊松比是材料在受到外力作用时，沿着垂直于外力方向的横向应变与沿着外力方向的纵向应变之比。
泊松比的值一般在0.1到0.5之间。
泊松比越小，材料的抗弹性变形能力越强。
3. 弹性极限弹性极限是指材料在受到外力作用时，能够承受的最大应力。
当应力超过弹性极限时，材料就会发生塑性变形或破坏。
二、塑性材料的力学性质塑性材料是指在外力作用下，能够发生塑性变形，当外力消失时，不能恢复原来的形状和大小的材料。
塑性材料的力学性质主要包括屈服强度、延伸率和冷加工硬化指数。
1. 屈服强度屈服强度是指材料在受到外力作用时，开始发生塑性变形的应力值。
屈服强度越大，材料的抗塑性变形能力越强。
2. 延伸率延伸率是指材料在受到外力作用时，发生塑性变形后，长度增加的百分比。
延伸率越大，材料的塑性变形能力越强。
3. 冷加工硬化指数冷加工硬化指数是指材料在经过冷加工后，硬度的增加量与冷加工变形量之比。
冷加工硬化指数越大，材料的塑性变形能力越强。
三、弹性与塑性材料的比较弹性材料和塑性材料在力学性质上有很大的区别。
弹性材料的力学性质主要表现为弹性模量、泊松比和弹性极限，而塑性材料的力学性质主要表现为屈服强度、延伸率和冷加工硬化指数。
弹性材料的应力-应变曲线是一条直线，而塑性材料的应力-应变曲线是一条弯曲的曲线。
材料的基本物理性质与力学性质
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。08:27:2708:27:2708:27Wednesday, October 21, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2120.10.2108:27:2708:27:27October 21, 2020
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月21日上午8时27分 20.10.2120.10.21
90°≤θ≤180°
图1.3.1 材料润湿角（θ）示意图
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吸水性
定义： 指材料在水中吸收水分的性质。
指标：吸水率（W）：材料吸收水分的 重量占材料干燥重量或体积的百分数。
公式： 质量吸水率
Wm m1 m2 m2
体积吸水率
Wv m1 m2 v
m1－材料在吸水饱和状态下的质量(g) m2－材料在干燥状态下的质量（g） V －材料在自然状态下的体积（cm3 ） Back
➢公式 ：
P' (1 V0 ) (1 0 ') 100%
V0 '
0
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第二节 材料的力学性质
强度 弹性和塑性 脆性和韧性
Bac k
强度
➢定义： 强度指材料抵抗 外力作用下产生 破坏的能力。
➢强度分类及公式:
弹性和塑性
弹性及弹性材料
➢ 弹性：外力的作用下产生变形,外力取消后, 能够完全恢复原来形状的性质。
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月21日上午8时27分 20.10.2120.10.21
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月21日星期 三上午8时27分 27秒08:27:2720.10.21
材料的力学性能
第三章 材料的力学性能第一节 拉伸或压缩时材料的力学性能一、概述分析构件的强度时，除计算应力外，还应了解材料的力学性质（Mechanicaiproperty ），材料的力学性质也称为机械性质，是指材料在外力作用下表现出的变形、破坏等方面的特性。
它要由实验来测定。
在室温下，以缓慢平稳的方式进行试验，称为常温静载试验，是测定材料力学性质的基本试验。
为了便于比较不同材料的试验结果，对试件的形状、加工精度、加载速度、试验环境等，国家标准规定了相应变形形式下的试验规范。
本章只研究材料的宏观力学性质，不涉及材料成分及组织结构对材料力学性质的影响，并且由于工程中常用的材料品种很多，主要以低碳钢和铸铁为代表，介绍材料拉伸、压缩以及纯剪切时的力学性质。
二、低碳钢拉伸时的力学性质低碳钢是工程中使用最广泛的金属材料，同时它在常温静载条件下表现出来的力学性质也最具代表性。
低碳钢的拉伸试验按《金属拉伸试验方法》（GB/T228—2002）国家标准在万能材料试验机上进行。
标准试件（Standard specimen ）有圆形和矩形两种类型，如图3-1所示。
试件上标记A 、B 两点之间的距离称为标距，记作l 0。
圆形试件标距l 0与直径d 0有两种比例，即l 0=10d 0和l 0=5d 0。
矩形试件也有两种标准，即00l l ==其中A 0为矩形试件的截面面积。
试件装在试验机上，对试件缓慢加拉力F P ，对应着每一个拉力F P ，试件标距l 0有一个伸长量Δl o 表示F P 和Δl 的关系曲线，称为拉伸图或F P —Δl 曲线。
如图3-2a ，由于F P —Δl 曲线与试件的尺寸有关，为了消除试件尺寸的影响，把拉力F P 除以试件横截面的原始面积A 0，得出正应力0P F A σ=为纵坐标；把伸长量Δl 除以标距的原始长度l 0，得出应变0l l ε∆=为横坐标，做图表示σ与ε的关系（图3-2b ）称为应力——应变图或σ—ε曲线（Stress-strain curve ）。
材料的力学性质
材料的力学性质
材料的力学性质是指材料在外力作用下所表现出的特性，包括材料的弹性、塑性、蠕变、断裂等。
这些性质对于材料的设计、选择和应用具有重要的意义。
首先，弹性是材料最基本的力学性质之一。
弹性是指材料在受到外力作用后能
够恢复原状的能力。
当外力作用停止后，材料能够完全恢复到原来的形状和尺寸。
弹性是材料在工程应用中的重要性质，它直接影响着材料的使用寿命和安全性能。
其次，塑性是材料的另一个重要力学性质。
塑性是指材料在受到外力作用后能
够发生形变并能够保持形变的能力。
塑性材料在受到外力作用后会发生永久性变形，这种性质使得塑性材料在金属加工、塑料成型等方面具有重要的应用价值。
除了弹性和塑性，材料的蠕变性也是一个重要的力学性质。
蠕变是指材料在长
时间受到持续外力作用下发生的变形现象。
在高温、高压环境下，材料的蠕变性将对材料的稳定性和可靠性产生重要影响，因此在材料的设计和选用中需要充分考虑蠕变性。
最后，断裂是材料的另一个重要力学性质。
断裂是指材料在受到外力作用下发
生破裂的现象。
材料的断裂性质直接关系到材料的安全性能，因此对于材料的断裂性质需要进行充分的评估和测试。
综上所述，材料的力学性质对于材料的设计、选择和应用具有重要的意义。
弹性、塑性、蠕变和断裂是材料最基本的力学性质，它们直接影响着材料的使用寿命、安全性能和可靠性。
因此，在材料的设计和选用中需要充分考虑材料的力学性质，以确保材料具有良好的性能和可靠性。
材料的力学性质
• 比强度—用于衡量材料轻质高强性能的重要指标，等于材 料强度与材料的表观密度之比
2、材料的强度等 级
• 强度等级的定义： 大多数建筑材料根据其极限强度的大小，把 材料划分为若干不同的等级，称为材料的强 度等级； • 材料强度等级划分的标准： a)脆性材料主要根据其抗压强度来划分强度等级， 如混凝土、水泥、粘土砖等； 例：混凝土的强度等级划分为16级C15...C80; b)韧性材料主要根据其抗拉强度来划分强度等级， 如钢材等；
优质的结构材料，必须具有较高的比强度 玻璃钢 木材 普通 混凝土
>
低碳钢
>
普通混凝土是表观密度大而比强度相对较低的 材料，所以努力促进普通混凝土向轻质、高强 发展是一项十分重要的工作！ 33
1.2.2 弹性与塑性
什么是塑性和塑性变形？ 材料在外力作用下产生变形，当外力取消后变形不 能完全恢复到原始形状的性质称为塑性
• 材料韧性用韧度(Toughness)来量度 • 韧度—材料吸收能量的能力。 • 韧度有两种测试计算方法：
计算应力~应变曲线下的积分面积—单位面积吸收的能量 带缺口试件的冲击试验—冲击强度测量
抗拉性能是钢筋的最主要性能，因为钢筋在大多数情况下是作为抗拉 材料来使用的。应力和应变的关系反映了钢材的主要力学特征。低碳钢从 受拉到拉断，经历了四个阶段：弹性阶段（OA），屈服阶段（AB），强 化阶段（BC），颈缩阶段（CD）。 （1）弹性阶段。在弹性阶段OA段，此时如卸去拉力，试件能恢复原状， 此阶段的变形为弹性变形，应力与应变成正比，具比值即为钢材的弹性模 量。与A点对应的应力称为弹性极限。
例如：HRB335钢筋的意思含义是：Hot rolled Ribbed Bars 热轧带肋钢筋， 屈服强度是335MPa。 混凝土被分为14个强度等级，C15、C20、C25、……C80。分级的根据是： 按标准方法制作和养护（温度20℃±2℃，相对湿度95%以上）的边长为 150mm的立方体试件，在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗 压强度。 砌筑砂浆的强度用强度等级表示。砂浆强度等级是以边长为7.07cm的立方体 试件，在标准养护条件下（温度20℃±2℃，相对湿度水泥砂浆＞90%，混合 砂浆60%到80%。） ，用标准试验方法测得养护28d龄期的抗压强度值。 砌筑砂浆有M2.5、M5、M7.5、M10、M15、M20等六个等级。
材料的力学性质
材料的力学性质材料的力学性质是指材料在外力作用下所表现出的力学行为和性能。
力学性质包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等指标，它们直接影响着材料的使用范围和可靠性。
本文将从材料的弹性行为、变形行为和断裂行为三个方面，探讨材料的力学性质。
一、材料的弹性行为在外力作用下，材料会发生形变，但若外力撤除后材料能恢复原状，即无塑性变形，则称该材料具有弹性。
材料的弹性行为与其弹性模量有关。
弹性模量是材料受力时，在一定范围内形变（应变）与应力之比的物理量。
材料的弹性模量分为三种常见类型：1. 杨氏模量：描述材料沿特定方向的应力-应变关系。
杨氏模量直接反映了材料的刚度，数值越大代表材料越难产生形变。
2. 剪切模量：描述材料在剪切过程中发生的应力和应变关系。
剪切模量用于描述材料抵抗剪切形变的能力。
3. 体积弹性模量：描述材料受到均匀压缩或膨胀时的应力和应变关系。
体积弹性模量用于描述材料在体积变化过程中的弹性行为。
二、材料的变形行为材料在外力作用下会发生塑性变形，即使撤除外力后，材料也不能完全恢复原状。
材料的变形行为与其屈服强度和延展性有关。
1. 屈服强度：材料在外力作用下开始发生可观察的塑性变形的应力值。
屈服强度反映了材料抵抗变形的能力。
2. 屈服点与屈服功：材料在受力过程中，当应力达到一定值时会发生屈服，此时应变开始增加且存在一定的塑性变形。
屈服点即应力-应变曲线上的屈服点，屈服功表示单位体积材料所吸收的变形能量。
3. 延展性：材料在外力作用下能够承受的变形程度。
延展性一般用断裂伸长率和断面收缩率来描述，反映了材料的塑性变形能力。
三、材料的断裂行为材料在外力作用下，当其无法再承受变形时，会出现破裂现象，即发生断裂。
材料的断裂行为与其断裂强度和断裂韧性相关。
1. 断裂强度：材料在断裂前的最大抗拉强度。
断裂强度反映了材料的抗拉强度。
2. 断裂韧性：材料承受断裂载荷时吸收的冲击能量，即在断裂前所发生的塑性变形与断裂的能力。
材料的力学性质
弹塑性材料的变形曲线
指标：弹性模量
E
意义：E表示材料抵抗变形的能力，E 值越大，材料越不
易变形，即抵抗变形的能力越强。
1.3.3 材料的脆性与韧性
脆性是指材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，且破 坏时无明显塑性变形的性质。大部分无机非金属材料均属于脆 性材料，如天然石材、烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土 和砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度高，而抗拉、抗折 强度低，因此脆性材料常用于承受静压力作用的建筑部位，如 基础、墙体、柱子和墩座等。
试验），抗弯强度可按下式计算：
ff
3PL 2bh2
ff—材料的抗弯强度，MPa； P—材料受弯破坏时的荷载，N； L—材料的试件两支点之间的距离，mm； b、h—材料试件的截面宽度、高度，mm。
材料的强度与它的成分、构造有关。不同种类的材料，有 不同的强度；同一种材料随其孔隙率及构造特征不同，强度 也会有较大差异。一般情况下，表观密度越小，孔隙率越大 ，质地越疏松的材料强度就越低。
（5）试验环境的温度、湿度：温度高、湿度大时，试件会有体 积膨胀，材料内部质点距离加大，质点间的作用力减弱，测得的 强度值偏低。 （6）受力面状态：受力面的平整度，润滑情况等。试件表面不 平或表面涂润滑剂时，所测强度值偏低。
混凝土路面砖抗折强度试验
混凝土路面砖抗压强性与塑性
材料常根据极限强度的大小,划分为不同的强度等级或标号。 我国过去的规范中采用标号值；目前我国的规范中采用强度等级 值。强度等级是建筑构件选用材料的主要标志。 强度和强度等级的区别与联系： a.强度与强度等级的定义不同。强度是实测值，强度等级是人为 规定的强度范围。 b.强度指的是材料的极限值，是唯一的，每一强度等级则包含一 系列强度值。 c.某一材料强度等级的确定必须以其极限强度值为依据.
第二节 材料的力学性质
抗渗性
A
剥落
B
裂纹
C
密度减小
D
强度降低
本章小结
主要内容：材料的基本物理性质、力学性质和耐久性等 重点 掌握各种密度、空隙率、孔隙率、密实度和填充率的概念、 计算式、测定方法及其相互关系。 掌握强度公式、计算式及影响因素 掌握与水有关的各种性质的概念、计算式。 难点：材料性质之间的关系。例如，根据材料的孔、孔隙率及 其构造分析判断材料的表观密度、强度、吸水性、耐久 性等。
例如：处于冻融环境的工程，所用材料的耐久性以抗冻
性指标来表示。处于暴露环境的有机材料，其耐久性以抗 老化能力来表示。
课堂练习
1.导热系数小的材料适合做保温材料。
是 否
2.材料吸水后，将使材料的强度提高。
是 否
3.材料的孔隙率越大，吸水率越大。
是 否
4.某材料的软化系数为0.85，可用于建筑物的底层。
材料的耐久性 化学作用包括大气、环境水以及使用条件 下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的 侵蚀作用。 机械作用包括使用荷载的持续作用，交变 荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。 生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材 料腐朽、蛀蚀而破坏。
材料的耐久性
砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于 物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用 的破坏。 金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。 木材等有机质材料常因生物作用而破坏。 沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热 的作用下，会逐渐老化而使材料变脆或开裂。
混凝土路面砖抗折强度试验
1.材料的强度
材料的强度是材料在外力作用下抵抗破坏的能力（不 破坏时能承受的最大应力）。 根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、 抗剪、抗弯强度等。
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定义：材料在冲击、震动荷载作用下，能承受很大的变形二不致破坏的性质。采用冲击试验检验。
②比强度
用来评价材料是否轻质高强的指标。等于材料的强度于其表观密度之比密度
强度值
比强度
低碳钢
7800
235
0.0301
松木
500
34
0.0680
普通混凝土
2400
30
0.0125
红砖
1700
10
0.0059
2.弹性和塑性
（1）弹性
定义：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状、尺寸的性质。能够完全恢复的变形称为弹性变形。
1.3材料的力学性质
1.强度及强度等级
（1）材料的强度
定义：材料在外力作用下，抵抗破坏的能力。
两种情况：
当内部应力值达到某一值后，应力不再增加也会产生较大的变形，此时虽未达到极限应力值，却使构件失去了使用功能。如钢材以屈服点值作为钢材的设计依据。
应力未能使材料出现屈服现象就以达到了其极限应力值而出现断裂。如几乎所有的脆性材料：石材，普通砖，混凝土等。
（2）分类：材料的强度可分为抗压强度、抗拉强度、及抗弯强度等。
影响因素：孔隙率、试件的形状、尺寸、表面状况、含水程度、温度、及加荷载的速度等。
（3）强等级度、比强度
①强度等级
将建筑材料按极限强度划分为不同的等级，即强度等级。石材、普通砖等脆性材料，以抗压强度来划分等级；建筑钢材以屈服点作为划分依据。
特点：符合胡克定律，用弹性模量E来反映材料抵抗变形的能力。E越大，越不易变形。
（2）塑性变形
定义：材料在外力作用下产生不能自行恢复的变形，且不破坏的性质。实际上，单纯的塑性或弹性都是不存在的。
3.脆性和韧性
（1）脆性
材料在外力作用下，直至断裂前只发生弹性变形，不出现明显的塑性变形而突然破坏的性质。脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多，其抗冲击及动荷载能力很强。