第二節(jié) 材料力學性質(zhì)

材料的力學性質(zhì)

一、材料的強度與等級（一）材料的強度材料在外力作用下抵抗破壞的能力，稱為材料的強度。根據(jù)外力作用形式的不同，材料的強度有抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度及抗剪強度等，均以材料受外力破壞時單位面積上所承受的力的大小來表示。材料的力學性質(zhì)系指材料在外力作用下的變形性和抵抗破壞的性質(zhì)?；炷谅访娲u抗折強度試驗1.材料的強度材料的強度是材料在外力作用下抵抗破壞的能力（不破壞時能承受的最大應力）。根據(jù)外力作用方式的不同，材料強度有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎強度等?？箟嚎估辜艨箯潱?）抗彎強度（抗折強度）（對于矩形斷面和條形斷面）單點加荷：

三分點加荷：

L/2L/2第四種受力方式材料在建筑物上所承受的力，主要有拉力、壓力、彎曲力及剪應力等。材料抵抗上述外力破壞的能力，分別稱為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強度。大部分建筑材料，根據(jù)極限強度的大小，可劃分為若干不同的強度等級。材料的強度與材料本身的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等有很大關(guān)系。鋼材的抗拉、抗壓強度都很高。

材料的強度

抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度的計算：式中：f——材料強度，MPa；

Fmax——材料破壞時的最大荷載，N；A——試件受力面積，mm2?？箯潖姸鹊挠嬎悖褐虚g作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強度用下式計算：式中：fw——材料的彎強度，MPa；Fmax——材料受彎破壞時的最大荷載，N；A——試件受力面積，mm2；L、b、h——兩支點的間距，試件橫截面的寬及高，mm。

靜力強度分類

強度類別舉例計算式附注抗壓強度fc(MPa)fc=F/AF—破壞荷載(N)A—受荷面積(mm2)l—跨度(mm)b—斷面寬度(mm)h—斷面高度(mm)抗拉強度ft(MPa)ft=F/A抗剪強度fv(MPa)fv=F/A抗彎強度ftm(MPa)ftm=3Fl/(2bh2)鋼材、木材和混凝土的強度比較

比強度fc/ρ0

普通混凝土240029.40.012低碳鋼78604150.053松木50034.3(順紋)0.069材料表觀密度ρ0（kg/m3）抗壓強度fc（MPa）根據(jù)極限強度的大小，劃分為不同的強度等級或標號。強度等級強度和強度等級的聯(lián)系與區(qū)別強度等級是人為規(guī)定的強度范圍強度指的是材料的極限值，是唯一的,是實測值強度等級的確定必須以其極限強度值為依據(jù),每一強度等級則包含一系列強度值用于評價材料是否輕質(zhì)高強。如C30M10Q235比強度材料的強度與其表觀密度的比值（三）材料的比強度比強度是按單位質(zhì)量計算的材料強度，其值等于材料強度與其表觀密度之比。對于不同強度的材料進行比較，可采用比強度這個指標。比強度是衡量材料輕質(zhì)高強性能的重要指標，優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料，必須具有較高的比強度。材料表觀密度（g/cm3）強度（MPa）比強度低碳鋼78504200.054普通混凝土（抗壓）2400400.017松木（順紋、抗拉）5001000.200玻璃鋼20004500.225燒結(jié)普通磚（抗壓）1700100.0061)材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造2)孔隙率與孔隙特征3)試件的形狀和尺寸4)加荷速度5)試驗環(huán)境的溫度、濕度6)受力面狀態(tài)影響材料強度的因素二、材料的彈性與塑性彈性：外力→變形→卸外力→變形完全恢復材料的彈性用彈性模量Ｅ表示塑性：：外力→變形→卸外力→變形不完全恢復彈性材料的變形曲線彈塑性變形塑性變形

軟鋼的應力—應變曲線砼的應力—應變曲線

完全的彈性材料或塑性材料是很少的。1）有的材料在應力水平較低時，變形特征主要表現(xiàn)為彈性，而應力水平較高時，主要為塑性。例如鋼材。圖1.2.1低碳鋼受拉的應力—應變曲線1、脆性定義：當外力達到一定限度后，材料突然破壞，而破壞時并無明顯的塑性變形的性質(zhì)。

特點：破壞時，變形小；抗壓強度高而抗拉、抗折強度低

脆性材料：大部分無機非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土砂漿等。三、脆性和韌性2、韌性（沖擊韌性）定義：在沖擊、震動荷載作用下，材料能夠吸收較大的能量，同時也能產(chǎn)生一定的變形而不致破壞的性質(zhì)。

韌性材料：低碳鋼、木材、玻璃鋼等。采用沖擊試驗測定路面、橋梁、吊車梁以及有抗震要求的結(jié)構(gòu)都要考慮材料的韌性。（六）硬度和耐磨性

1.硬度

材料的硬度是材料表面的堅硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法，回彈法和壓入法測定材料的硬度。

刻劃法用于天然礦物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序，分為１０個硬度等級。

四、硬度和耐磨性

1.硬度定義：材料表面的堅硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力分類：摩氏硬度（石料、陶瓷等）；

布氏、洛氏硬度（金屬材料）。

測定方法：刻劃法，回彈法和壓入法刻劃法：用于天然礦物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶剛玉、金剛石的順序，分為１０個硬度等級

回彈法：用于測定混凝土表面硬度，并間接推算混凝土的強度硬度和耐磨性

1.硬度——抵抗外物壓入或刻劃的能力?？刹捎茫耗κ嫌捕龋ㄊ?、陶瓷等）；布氏、洛氏硬度（金屬材料）。

特點：硬度高，耐磨性強，但不易加工。

布氏硬度1、試驗方法簡介hd/2/2F壓頭試樣布氏硬度試驗原理試驗原理概述：方法：用一定直徑的壓頭（球體），以相應試驗力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后，測量材料表面壓痕直徑，以此計算出硬度值。.

試驗原理概述：方法：用錐頂角為120°的金剛石圓錐或直徑1.588mm的淬火鋼球，以相應試驗力壓入待測表面，保持規(guī)定時間卸載后卸除主試驗力，以測量的殘余壓痕深度增量來計算出硬度值。回彈法用于測定混凝土表面硬度，并間接推算混凝土的強度；也用于測定陶瓷、磚。砂漿、塑料、橡膠、金屬等的表面硬度并間接推算其強度。原理：回彈儀的彈擊錘被一定的彈力打擊在混凝土表面上，其回彈高度（通過回彈儀讀得回彈值）與混凝土表面硬度成一定的比例關(guān)系?；貜梼x2.耐磨性

耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，計算公式如下：式中G------材料的磨耗率，（g/cm2）

m1----材料磨損前的質(zhì)量，（g）

m2-----材料磨損后的質(zhì)量，（g）

A------材料試件的受磨面積（cm2）五、材料的耐久性1.概念材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在環(huán)境的多種因素作用下不變質(zhì)、不破壞，長久地保持其使用性能的性質(zhì)。耐久性是材料的一種綜合性質(zhì)，諸如抗凍性、抗風化性、抗老化性、耐化學腐蝕性等均屬耐久性的范圍。此外，材料的強度、抗?jié)B性、耐磨性等也與材料的耐久性有密切關(guān)系。2.環(huán)境影響因素材料在建筑物使用過程中長期受到周圍環(huán)境和各種自然因素的破壞作用，一般可分為物理作用、化學作用、機械作用、生物作用等。干濕變化物理作用溫度變化凍融變化(寒冷地區(qū))這些作用將使材料發(fā)生體積的脹縮，或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴展。時間長久之后即會使材料逐漸破壞。在寒冷地區(qū)，凍融變化對材料會起著顯著的破壞作用。在高溫環(huán)境下，經(jīng)常處于高溫狀態(tài)的建筑物或構(gòu)筑物，所選用的建筑材料要具有耐熱性能。材料的耐久性化學作用包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。機械作用包括使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。材料的耐久性

磚、石料、混凝土等礦物材料，多是由于物理作用而破壞，也可能同時會受到化學作用的破壞。金屬材料主要是由于化學作用引起的腐蝕。木材等有機質(zhì)材料常因生物作用而破壞。瀝青材料、高分子材料在陽光、空氣和熱的作用下，會逐漸老化而使材料變脆或開裂。

材料的耐久性耐久性是一個綜合性性能，包括抵抗上述各種因素的長期作用耐久性主要包括：抗?jié)B性抗凍性抗腐蝕性抗碳化性抗侵蝕性抗堿骨料反應耐久性抗?jié)B性抗碳化性抗堿骨料反應性抗腐蝕性抗凍性抗侵蝕性耐久性指標材料的耐久性指標是根據(jù)工程所處的環(huán)境條件來決定的。主要包括抗?jié)B性、抗凍性、耐化學腐蝕性等。例如：處于凍融環(huán)境的工程，所用材料的耐久性以抗凍性指標來表示。處于暴露環(huán)境的有機材料，其耐久性以抗老化能力來表示。課堂練習2.材料吸水后，將使材料的強度提高。3.材料的孔隙率越大，吸水率越大。4.某材料的軟化系數(shù)為0.85，可用于建筑物的底層。5.材料的孔隙率恒定時，孔隙尺寸越小，強度越高。是否是否是否是否是否1.導熱系數(shù)小的材料適合做保溫材料。6.材料的比強度是體現(xiàn)材料哪方面性能的（）7.軟化系數(shù)是衡量材料什么性能的指標（）8.當材料的潤濕角θ為（）時，稱為憎水性材料。＞90o≤90o＝0o9.含水率是表示材料（）大小的指標。吸濕性耐水性吸水性抗?jié)B性10.以下哪一項不是凍融破壞的表現(xiàn)（）剝落裂紋密度減小強度降低強度耐久性抗?jié)B性輕質(zhì)高強AB