材料的力學(xué)性質(zhì)

關(guān)于材料的力學(xué)性質(zhì)第1頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

前面我們講了材料的物理性質(zhì)，下面我們要給大家介紹材料的另外一種性質(zhì)——力學(xué)性質(zhì)一、材料的強(qiáng)度

1、材料強(qiáng)度的定義材料在外力（荷載）作用下抵抗破壞的能力稱為強(qiáng)度。

2、靜力強(qiáng)度材料抵抗由靜荷載產(chǎn)生應(yīng)力破壞的能力，稱為材料的靜力強(qiáng)度。它是以材料在靜荷載作用下達(dá)到破壞時的極限應(yīng)力值來表示的素質(zhì)上等于材料受力破壞時單位受力面積上所承受的力，可用下式表示：

第2頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五式中f——材料的強(qiáng)度（MPa）；

F——破壞荷載（N）；

A——受力面積（mm2）。

第3頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五3、靜力強(qiáng)度分類

抗壓強(qiáng)度材料抵抗壓力破壞能力抗拉強(qiáng)度材料抵抗拉力破壞能力抗彎強(qiáng)度材料抵抗彎曲破壞能力抗剪強(qiáng)度材料抵抗剪力破壞能力3、靜力強(qiáng)度分類及試驗設(shè)備（一）分類抗壓強(qiáng)度材料抵抗壓力破壞能力抗拉強(qiáng)度材料抵抗拉力破壞能力抗彎強(qiáng)度材料抵抗彎曲破壞能力抗剪強(qiáng)度材料抵抗剪力破壞能力第4頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五（二）試驗設(shè)備第5頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

表1-3列出了材料基本強(qiáng)度的分類表和計算公式。

第6頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

4、研究材料強(qiáng)度等級的意義

針對不同種類的材料具有抵抗不同形式力的作用特點，將材料按其相應(yīng)極限強(qiáng)度的大小，劃分為若干不同的強(qiáng)度等級。對于水泥、石材、磚、混凝土、砂漿等在建筑物中主要用于承壓部位的材料以其抗壓強(qiáng)度來劃分強(qiáng)度等級。而建筑鋼材在建筑物中主要用于承受拉力荷載，所以以其屈服強(qiáng)度作為劃分強(qiáng)度等級的依據(jù)。第7頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五5、與材料強(qiáng)度有關(guān)的因素

a.材料強(qiáng)度的大小理論上取決于材料內(nèi)部質(zhì)點結(jié)合力的強(qiáng)弱，實際上與材料中結(jié)構(gòu)缺陷有直接關(guān)系。

b.組成相同的材料其強(qiáng)度決定于其孔隙率的大小。第8頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

如圖1-6為混凝土強(qiáng)度與孔隙率關(guān)系曲線，曲線表明，當(dāng)孔隙率從12.4%增至15.2%時，抗壓強(qiáng)度由37.5MPa降至26MPa。其它材料也存在類似的關(guān)系。第9頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五c.不僅如此，材料的強(qiáng)度還與測試強(qiáng)度時的測試條件和方法等外部因素有很大關(guān)系。為使測試結(jié)果準(zhǔn)確、可靠、具有可比性，對于以強(qiáng)度為主要性質(zhì)的材料，必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)試驗方法進(jìn)行靜力強(qiáng)度的測試。第10頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

二、材料的變形（一）材料的變形材料在外力作用下，由于質(zhì)點間平衡位置改變，質(zhì)點產(chǎn)生相對位移，而形狀與體積發(fā)生變化，稱謂材料的變形。實例：

1、鋼軌

2、大橋

3、彈簧

4、鐵絲

5、鋼筋第11頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

（二）彈性與塑性材料在極限應(yīng)力作用下，會被破壞而失去使用功能，在非極限應(yīng)力作用下則會發(fā)生某些變形。

第12頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五1、彈性：彈性是指材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形，外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)。這種當(dāng)外力取消后瞬間即可完全消失的變形，稱為彈性變形。明顯具有彈性變形特征的材料稱為彈性材料。

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2、塑性：塑性是指材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，任保持變形后的形狀尺寸，且不產(chǎn)生裂紋的性質(zhì)。這種不隨外力撤銷而消失的變形，為塑性變形，或永久變形，明顯具有塑性變形特征的材料稱為塑性材料。第14頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

3、彈塑性材料實際上，純彈性與純塑性的材料都是不存在的。不同的材料在力的作用下，表現(xiàn)出不同的變形特征。例如：第15頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

a.低碳鋼在受力不大時，僅產(chǎn)生彈性變形，此時，應(yīng)力與應(yīng)變的比值為一常數(shù)。隨著外力增大至超過彈性極限后，則出現(xiàn)另一種變形——塑性變形。

典型的彈塑性材料第16頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

b.混凝土，在他受力一開始，彈性變形和塑性變形就同時發(fā)生，除去外力后，彈性變形可以恢復(fù)（消失），而塑性變形不能消失，這種變形稱為彈塑性變形，其應(yīng)力應(yīng)變?nèi)鐖D1-7所示，具有這種變形特征的材料叫做彈塑性材料。典型的彈塑性材料第17頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

（三）脆性和韌性

1、脆性：（1）脆性是指材料在外力作用下直到破壞前無明顯塑性變形而發(fā)生突然破壞的性質(zhì)。具有這種破壞性質(zhì)的材料稱為脆性材料。荷載變形o第18頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

（2）脆性材料的特點

a.抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度

b.受力作用時塑性變小，而且破壞時無任何征兆，有突發(fā)性

c.主要適合于承受壓力靜荷載。建筑材料中大部分無機(jī)非金屬材料均為脆性材料，如天然巖石、陶瓷、玻璃、磚、生鐵、普通混凝土等。第19頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

2、韌性（1）韌性的定義

韌性是指材料在沖擊或振動荷載作用下，能吸收較大能量，產(chǎn)生一定的變形，而不至破壞的性能，又叫沖擊韌度。具有這種性質(zhì)的材料叫韌性材料。

荷載變形o第20頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

（2）韌性材料的特點

a.塑性變形大

b.受力時產(chǎn)生的抗拉強(qiáng)度接近或高于抗壓強(qiáng)度

c.破壞前有明顯征兆

d.主要適用于承受拉力或動荷載。木材、建筑鋼材、瀝青混凝土等屬于韌性材料。用作路面、橋梁、吊車梁等需要承受沖擊荷載和有抗震要求的結(jié)構(gòu)用建筑材料均應(yīng)具有較高的韌性。第21頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

(三)徐變

1、定義：固體材料在恒定外力長期作用下，變形隨時間延長而逐漸增大的現(xiàn)象，稱為徐變。

2、徐變的機(jī)理：對于非晶體材料來說，徐變是由于材料在外力作用下，內(nèi)部產(chǎn)生類似液體的粘性流動而造成的。對于晶體材料來說，則由于在切應(yīng)力作用下，材料內(nèi)部晶格錯動和滑移而發(fā)生徐變。第22頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五

三、材料的沖擊韌性、硬度、磨損及磨耗(一)沖擊韌性1、材料在沖擊、振動荷載作用下抵抗破壞的性能，稱為沖擊韌性。2、表示方法：沖擊韌性以材料沖擊破壞時消耗的能量表示。3、要求有較高的沖擊韌性的材料：用于橋梁、路面、吊車梁、樁等受沖擊、振動荷載作用的建筑物及有抗震要求的建筑物的材料。第23頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五(二)硬度材料抵抗其他較硬物體壓入的能力，稱為硬度。硬度大的材料耐磨性較好，但不易加工。硬度較大的材料，強(qiáng)度也較高，有些材料硬度與強(qiáng)度之間有較好的相互關(guān)系。測定硬度的方法簡單，而且不破壞被測材料，所以有些材料可以通過測定硬度來推算其強(qiáng)度。如在測定混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時，可用回彈硬度來推算其強(qiáng)度的近似值。第24頁，共26頁，2022年，5月20日，1點25分，星期五(三)磨損及磨耗