材料的基本力学性质
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强度和强度等级的区别与联系：
区别：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。 联系：某一材料强度等级的确定必须以其极限强 度值为依据。
比强度：材料的强度与其表观密度的比值
（fc/ρo）。用于评价材料是否轻质高强。 疲劳极限：在受到拉、压、弯、扭转等外力反复作 用当应力超过某一限度时材料会破坏，这限度叫-。 磨损：摩擦作用下质量和体积减小的现象。 磨耗：摩擦、剪切撞击综合作用下质量体积的减小。
❖ 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。
强度等级：建筑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。
如混凝土按抗压强度划分为 C7.5～C60 ; 水泥按 抗压和抗拉强度划分为32.5~62.5, 砂浆按抗压强 度划分为M2.5～M20六个等级,热轧钢筋按屈服强度 和抗拉强度划分四级。
硬度：材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的
能力。有刻划法和压入法两种方法测定。
➢莫氏硬度（10级）－石材 （刻划法）
1－滑石
2－石膏
3－方解石
4 －萤石 5－磷石灰 6－正长石
7－ 石英 8－黄玉
9－刚玉
10－金刚石
➢肖氏硬度 －石材
➢布氏硬度（HB）－钢材（压入法）
➢维氏硬度和韦氏硬度 :铝合金（压入法）
莫氏硬度611
莫氏硬度904
莫氏硬度3915
1.32 材料的弹性和塑性
❖ 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完 全恢复到原始形状的性质称为弹性，这种可恢复 的变形称弹性变形。材料在外力作用下产生变形， 当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性 质称为材料的塑性，这种不可恢复的变形称为塑 性变形。
莫氏硬度1
滑石
化学组成为Mg3[Si4O10](OH)2，晶体属三 斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。假六方 片状单晶少见，一般为致密块状、叶片 状、纤维状或放射状集合体。白色或各 种浅色，条痕常为白色，脂肪光泽（块 状）或珍珠光泽（片状集合体），半透 明。摩氏硬度1，比重2.6-2.8。一组极 完全解理，薄片具挠性。有滑感，绝热 及绝缘性强。
影响材料强度的因素
1.材料的组成、结构与构造：材料的强度与其组成及 结构有关，即使材料的组成相同，其构造不同，强 度也不一样。
❖ 2.孔隙率与孔隙特征：材料的孔隙率愈 大，则强度 愈小。对于同一品种的材料，其强度与孔隙率之间 存在近似直线的反比关系。 一般表观密度大的材料， 其强度也大。这些是材料的内部因素。还与测试条 件和方法等外部因素有关。
❖ 弹性变形为可逆变形，其数值大小与外力成正比， 其比例系数称为弹性模量，材料在弹性变形范围内， 弹性模量为常数。弹性模量是衡量材料抵抗变形能 力的一个指标，弹性模量愈大，材料愈不易变形， 弹性模量是结构设计的重要参数。塑性变形为不可 逆变形。
❖ 实际上，单纯的弹性材料是没有的，大多数材料在 受力不大的情况下表现为弹性，受力超过一定限度 后则表现为塑性，所以可称之为弹塑性材料。
石膏 莫氏硬度15
莫氏硬度66
莫氏硬度95.7
萤石饰品
莫氏硬度199
莫氏硬度292.6
石英 莫氏硬度421.4
水晶
紫水晶
黄玉
又名黄晶 ，英文名Topaz，来源 于梵文Topus，意为“火”。集 合体成粒状或块状。无色透明， 或呈浅黄、浅蓝、浅绿和浅红等 色；受长期日光照射后，其色渐 退；玻璃光泽。受硫酸作用时， 表面会被腐蚀。 斜方晶系斜方 双锥晶类 ，摩氏硬度8，比重 3.52-3.57，一组与柱面垂直的完 全解理完全，断口亚贝壳状至参 差状，性脆。具有强的热电性，
❖ 弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为可逆变形， 后者为不可逆变形
1.33 材料的脆性与韧性
❖ 材料受外力作用，当外力达一定值时，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。
fm
3Fm a xL 2bh2
式 fm——抗弯强度，MPa； Fmax——弯曲破坏时的最大荷载,N； b，h ——试件横截面的宽和高,mm。
L—— 两支点间的距离，mm。
❖ 若在此试件跨距的三分点上加两个相等的集中荷 载，抗弯强度按下式计算：
fm
Fm a x L bh2
❖ 土木工程常用结构材料的强度值范围见表1-2(p11).
出现断裂等丧失使用功能的变化。
❖ 根据破坏形式的不同，材料可分为脆性材料和韧性 材料。
❖ 在外力作用下，材料抵抗破坏的能力称为强度。 ❖ 根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、
抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等 形式。 ❖ 材料的这些强度是通过静力试验来测定的，故总称 为静力强度。材料的静力强度是通过标准试件的破 坏试验而测得。
a.压力 b.拉力c.弯曲 d.剪切
混凝土路面砖抗折强度试验
混凝土路面砖抗压强度试验
强度的计算
❖ 材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：
f Fmax A
式中 f ——材料的抗压、抗拉或抗剪强度，MPa； Fmax——材料破坏时的最大荷载，N； A——受力截面面积，mm2。
❖ 对于抗弯强度，有两种计算方式。将抗弯试件放 在两支点上，当外力为作用在试件中心的集中荷 载，且试件截面为矩形时，抗弯强度（也称抗折 强度）可用下式计算：
❖ 3.试件的形状和尺寸：受压时，立方体试件的强度 值要高于棱柱体试件的强度值，相同材料采用小
试件测得的强度较大试件高。
❖ 4.加荷速度：当加荷速度快时，由于变形速度落后 于荷载增长的速度，故测得的强度值偏高，反之， 因材料有充裕的变形时间，测得的强度值偏低。
❖ 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。
材料的强度和硬度 材料的弹性和塑性 材料的脆性与韧性
1.31 材料的强度
强度的定义和种类
❖ 材料的力学性质指材料在外力作用下所引起的变化Байду номын сангаас的性质。这些变化包括材料的变形和破坏。
❖ 材料的变形指在外力的作用下，材料通过形状的改 变来吸收能量。
❖ 根据变形的特点，分为弹性变形和塑性变形。 ❖ 材料的破坏指当外力超过材料的承受极限时，材料
区别：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。 联系：某一材料强度等级的确定必须以其极限强 度值为依据。
比强度：材料的强度与其表观密度的比值
（fc/ρo）。用于评价材料是否轻质高强。 疲劳极限：在受到拉、压、弯、扭转等外力反复作 用当应力超过某一限度时材料会破坏，这限度叫-。 磨损：摩擦作用下质量和体积减小的现象。 磨耗：摩擦、剪切撞击综合作用下质量体积的减小。
❖ 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。
强度等级：建筑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。
如混凝土按抗压强度划分为 C7.5～C60 ; 水泥按 抗压和抗拉强度划分为32.5~62.5, 砂浆按抗压强 度划分为M2.5～M20六个等级,热轧钢筋按屈服强度 和抗拉强度划分四级。
硬度：材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的
能力。有刻划法和压入法两种方法测定。
➢莫氏硬度（10级）－石材 （刻划法）
1－滑石
2－石膏
3－方解石
4 －萤石 5－磷石灰 6－正长石
7－ 石英 8－黄玉
9－刚玉
10－金刚石
➢肖氏硬度 －石材
➢布氏硬度（HB）－钢材（压入法）
➢维氏硬度和韦氏硬度 :铝合金（压入法）
莫氏硬度611
莫氏硬度904
莫氏硬度3915
1.32 材料的弹性和塑性
❖ 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完 全恢复到原始形状的性质称为弹性，这种可恢复 的变形称弹性变形。材料在外力作用下产生变形， 当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性 质称为材料的塑性，这种不可恢复的变形称为塑 性变形。
莫氏硬度1
滑石
化学组成为Mg3[Si4O10](OH)2，晶体属三 斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。假六方 片状单晶少见，一般为致密块状、叶片 状、纤维状或放射状集合体。白色或各 种浅色，条痕常为白色，脂肪光泽（块 状）或珍珠光泽（片状集合体），半透 明。摩氏硬度1，比重2.6-2.8。一组极 完全解理，薄片具挠性。有滑感，绝热 及绝缘性强。
影响材料强度的因素
1.材料的组成、结构与构造：材料的强度与其组成及 结构有关，即使材料的组成相同，其构造不同，强 度也不一样。
❖ 2.孔隙率与孔隙特征：材料的孔隙率愈 大，则强度 愈小。对于同一品种的材料，其强度与孔隙率之间 存在近似直线的反比关系。 一般表观密度大的材料， 其强度也大。这些是材料的内部因素。还与测试条 件和方法等外部因素有关。
❖ 弹性变形为可逆变形，其数值大小与外力成正比， 其比例系数称为弹性模量，材料在弹性变形范围内， 弹性模量为常数。弹性模量是衡量材料抵抗变形能 力的一个指标，弹性模量愈大，材料愈不易变形， 弹性模量是结构设计的重要参数。塑性变形为不可 逆变形。
❖ 实际上，单纯的弹性材料是没有的，大多数材料在 受力不大的情况下表现为弹性，受力超过一定限度 后则表现为塑性，所以可称之为弹塑性材料。
石膏 莫氏硬度15
莫氏硬度66
莫氏硬度95.7
萤石饰品
莫氏硬度199
莫氏硬度292.6
石英 莫氏硬度421.4
水晶
紫水晶
黄玉
又名黄晶 ，英文名Topaz，来源 于梵文Topus，意为“火”。集 合体成粒状或块状。无色透明， 或呈浅黄、浅蓝、浅绿和浅红等 色；受长期日光照射后，其色渐 退；玻璃光泽。受硫酸作用时， 表面会被腐蚀。 斜方晶系斜方 双锥晶类 ，摩氏硬度8，比重 3.52-3.57，一组与柱面垂直的完 全解理完全，断口亚贝壳状至参 差状，性脆。具有强的热电性，
❖ 弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为可逆变形， 后者为不可逆变形
1.33 材料的脆性与韧性
❖ 材料受外力作用，当外力达一定值时，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。
fm
3Fm a xL 2bh2
式 fm——抗弯强度，MPa； Fmax——弯曲破坏时的最大荷载,N； b，h ——试件横截面的宽和高,mm。
L—— 两支点间的距离，mm。
❖ 若在此试件跨距的三分点上加两个相等的集中荷 载，抗弯强度按下式计算：
fm
Fm a x L bh2
❖ 土木工程常用结构材料的强度值范围见表1-2(p11).
出现断裂等丧失使用功能的变化。
❖ 根据破坏形式的不同，材料可分为脆性材料和韧性 材料。
❖ 在外力作用下，材料抵抗破坏的能力称为强度。 ❖ 根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、
抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等 形式。 ❖ 材料的这些强度是通过静力试验来测定的，故总称 为静力强度。材料的静力强度是通过标准试件的破 坏试验而测得。
a.压力 b.拉力c.弯曲 d.剪切
混凝土路面砖抗折强度试验
混凝土路面砖抗压强度试验
强度的计算
❖ 材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：
f Fmax A
式中 f ——材料的抗压、抗拉或抗剪强度，MPa； Fmax——材料破坏时的最大荷载，N； A——受力截面面积，mm2。
❖ 对于抗弯强度，有两种计算方式。将抗弯试件放 在两支点上，当外力为作用在试件中心的集中荷 载，且试件截面为矩形时，抗弯强度（也称抗折 强度）可用下式计算：
❖ 3.试件的形状和尺寸：受压时，立方体试件的强度 值要高于棱柱体试件的强度值，相同材料采用小
试件测得的强度较大试件高。
❖ 4.加荷速度：当加荷速度快时，由于变形速度落后 于荷载增长的速度，故测得的强度值偏高，反之， 因材料有充裕的变形时间，测得的强度值偏低。
❖ 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。
材料的强度和硬度 材料的弹性和塑性 材料的脆性与韧性
1.31 材料的强度
强度的定义和种类
❖ 材料的力学性质指材料在外力作用下所引起的变化Байду номын сангаас的性质。这些变化包括材料的变形和破坏。
❖ 材料的变形指在外力的作用下，材料通过形状的改 变来吸收能量。
❖ 根据变形的特点，分为弹性变形和塑性变形。 ❖ 材料的破坏指当外力超过材料的承受极限时，材料