材料力學性能

材料力學性能是指材料在常溫、靜載作用下的巨觀力學性能。是確定各種工程設計參數的主要依據。這些力學性能均需用標準試樣在材料試驗機上按照規定的試驗方法和程式測定，並可同時測定材料的應力-應變曲線。

對於韌性材料，有彈性和塑性兩個階段。彈性階段的力學性能有：

①比例極限。應力與應變保持成正比關係的應力最高限。當應力小於或等於比例極限時，應力與應變滿足胡克定律，即應力與應變成正比。

②彈性極限。彈性階段的應力最高限。在彈性階段內，載荷除去後，變形全部消失。這一階段內的變形稱為彈性變形。絕大多數工程材料的比例極限與彈性極限極為接近，因而可近似認為在全部彈性階段內應力和應變均滿足胡克定律。

③彈性模量。彈性階段內，法應力與線應變的比例常數（E）。

④剪下彈性模量。彈性階段內，剪應力與剪應變的比例常數（G）。

⑤泊松比。垂直於載入方向的線應變與沿載入方向線應變之比（ν）。

上述3種彈性常數之間滿足G=E/2（1+v）。塑性階段的力學性能有：

①屈服強度。材料發生屈服時的應力值。又稱屈服極限。屈服時應力不增加但應變會繼續增加。

②條件屈服強度。某些無明顯屈服階段的材料，規定產生一定塑性應變數（例如0.2%）時的應力值，作為條件屈服強度。應力超過屈服強度後再卸載，彈性變形將全部消失，但仍殘留部分不可消失的變形，稱為永久變形或塑性變形。

③強化與強度極限。應力超過屈服強度後，材料由於塑性變形而產生應變強化，即增加應變需繼續增加應力。這一階段稱為應變強化階段。強化階段的應力最高限，即為強度極限。應力達到強度極限後，試樣會產生局部收縮變形，稱為頸縮。

④延伸率（δ）與截面收縮率（ψ）。試樣拉斷後長度與橫截面積的改變數與載入前比值的百分數，即δ=（lb－l0）/l0×100%，ψ=（A0－Ab）/A0×100%。式中l0、A0分別為試樣的標距和標距內的面積；lb、Ab分別為拉斷後的標距長度和斷口處的最小橫截面積。

對於脆性材料（δ≤5%），沒有明顯的屈服與塑性變形階段，試樣在變形很小時即被拉斷，這時的應力值稱為強度極限。某些脆性材料的應力-應變曲線上也無明顯的直線階段，這時，胡克定律是近似的。彈性模量由應力-應變曲線的割線的斜率確定。

壓縮時，大多數工程韌性材料具有與拉伸時相同的屈服強度與彈性模量，但不存在強度極限。大多數脆性材料，壓縮時的力學性能與拉伸時有較大差異。

例如鑄鐵壓縮時會表現出明顯的韌性，試樣破壞時有明顯的塑性變形，斷口沿約45°斜面剪斷，而不是沿橫截面斷裂；強度極限比拉伸時高4～5倍。

化學工業出版社出版圖書

書名: 材料力學性能

作　者：劉春廷

出版時間： 2009年08月

ISBN: 9787122064622