2.3材料的力学性质

材料的力学性质1、材料的强度材料的强度通常指其静力强度，即材料在静荷载作用下达到破坏时的极限应力值。按破坏应力形式：抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度。

1、材料的强度抗压抗拉抗弯抗剪（1）材料的强度FFFFFFFLF/2LF/2L/3L/3L/3材料强度的计算公式：（1）抗拉、抗压、抗剪强度：f—材料的强度，N/mm2或MPa；F—材料破坏时的最大荷载，N；A—受力截面面积；（2）抗弯强度：单点集中加荷：三分点加荷：f—材料的抗弯强度N/mm2或MPa；F—破坏时的最大荷载N；L—两支点的间距mm

；b、h—试件横截面的宽与高mm。

1、材料的强度强度类别受力示意图计算公式附注抗压强度f--强度（MPa）F—破坏荷载（N）A—受荷面积（mm2）抗拉强度

抗剪强度抗弯强度F—破坏荷载（N）L—跨度（mm）b—断面宽度（mm）h--断面高度（mm）1、材料的强度例：按照GB50010-2010《混凝土结构设计规范》规定，普通混凝土划分为十四个等级，即：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80。例如，强度等级为C30的混凝土是指30MPa≤fcuk<35MPa（2）材料的强度等级脆性材料（砖、混凝土、石材、水泥）根据材料的抗压强度划分强度等级。弹性和塑性材料按抗拉强度划分。1、材料的强度比强度单位体积质量所能承受的强度。（强度与表观密度之比）衡量材料轻质高强性能的主要指标。

几种土木工程结构材料的参考比强度值材料（受力状态）强度/MPa体积密度/（kg/m3）比强度/[MPa/（kg/m3）]玻璃钢（抗弯）45020000.225低碳钢42078500.054铝材17027000.063铝合金45028000.160花岗岩（抗压）17525500.069石灰岩（抗压）14025000.056松木（顺纹抗拉）1005000.200松木（顺纹抗压）365000.072普通混凝土（抗压）4024000.017烧结普通砖（抗压）1017000.0061、材料的强度影响材料强度的主要因素：1.材料内部组成、结构和构造2.材料所处的环境条件(温度、含水量等)3.强度值的测试条件(试件尺寸、加荷速度、表面性状等)温度

升高

含水量

增大尺寸

越大

加荷速度

过快

表面

不平整或土润滑剂

强度

降低强度

降低强度

越低强度

偏高强度

偏低1、材料的强度2、材料的变形弹性：材料在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。塑性：材料在外力作用下产生变形，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂纹的性质。塑性变形为永久变形、不可逆变形。徐变或蠕变：材料在恒定应力作用下，其应变随时间而缓慢增长的现象。是塑性变形的特殊形式。2、材料的变形（1）弹性变形材料的弹性变形曲线外力作用→变形外力卸除→变形完全恢复

弹性模量

2、材料的变形外力作用→变形外力卸除→

变形保持材料的塑性变形曲线

（2）塑性变形2、材料的变形

材料的弹塑性变形曲线外力作用→变形；外力卸载→弹性变形恢复、塑性变形保留（3）弹塑性变形2、材料的变形

材料的徐变曲线长期恒定外力作用→变形（4）徐变非晶体物质的部分粘性流动晶体物质的晶格位错运动晶体滑移2、材料的变形

荷载作用下→受到约束而无法继续变形→应力会随着时间延长而逐渐减小（5）应力松弛原因是材料内部的塑性变形逐渐增大，而弹性变形逐渐减小所致。材料所受的应力越大，温度和湿度越高，徐变越大，应力松弛越明显。2、材料的变形3、材料的脆性与韧性材料的脆性与韧性应力应变曲线

常见脆性材料：砖、石、陶瓷、玻璃、普通混凝土等（1）材料的脆性材料在外力作用下，当应力达到一定限度时，如果没有明显的塑性变形而发生突然破坏，这种性质称为脆性。脆性韧性3、材料的脆性与韧性——材料的冲击韧性，J/mm2；——试件破坏时所消耗的功，J；——试件受力净截面积mm2，常见韧性材料：低碳钢、低合金钢、铝合金、塑料、橡胶、木材等（2）材料的韧性材料在冲击或振动荷载作用下，能够吸收较多的能量，并产生较大的塑性变形而不发生突然破坏的性质被称为韧性。材料的脆性与韧性应力应变曲线

脆性韧性冲击韧性值：针对道路、桥梁、轨道、吊车梁及其他受振动荷载作用的结构，应选用韧性较好的材料3、材料的脆性与韧性4、材料的硬度与耐磨性材料表面抵抗其他较硬物体刻划或压入的能力。刻划法

（1）材料的硬度压入法回弹法4、材料的硬度与耐磨性

通过比较法初步判定材料硬度，指甲的硬度2.5左右，小刀的硬度5.5左右。123456789104、材料的硬度与耐磨性指材料表面抵抗磨损的能力，通过磨损率来衡量，即材料在磨损前后质量的差异与磨损面积的比值

M——耐磨率，g/cm2；

m0，m1——磨前，磨后质量，g；

A——材料受磨面积cm2，（2）材料的耐磨性材料的耐磨性与其组成结构、构造、强度和硬度等因素密切相关。通常，材料的结构越致密、硬度越高，其耐磨性也越强。道路路面桥面地面大坝溢流面4、材料的硬度与耐磨性5、材料的疲劳极限材料在反复受到外力作用时，当应力超过某一临界值时，会导致材料的破坏，这个临界值被称为疲劳极限，也叫疲劳强度（1）