力學(xué)性能如何測(cè)

杜佩樺

讀者小玉問(wèn)：課本上“力”這章提到了材料的力學(xué)性能對(duì)生產(chǎn)制造是很重要的。那么在現(xiàn)實(shí)中。人們是如何測(cè)量材料力學(xué)性能的呢？

材料在生產(chǎn)制造和使用過(guò)程中都會(huì)受到各種各樣的力，按照受力后的變化，可以將材料分為三類：彈性材料、脆性材料、塑性材料。假如我們用這三種材料分別做一個(gè)圓棒。同定住圓棒的一端，然后用力拉它的另一端，如圖1所示，我們發(fā)現(xiàn)圓棒會(huì)被慢慢地拉長(zhǎng)，但是它們伸長(zhǎng)的規(guī)律是不一樣的。

（1）彈性材料：隨著施加在圓棒上的力（其大小在一定范圍內(nèi)）的逐漸增大，彈性材料會(huì)被迅速拉長(zhǎng)，且被拉長(zhǎng)的距離隨著力的增大而線性增大：去除施加的力后，彈性材料可以恢復(fù)到初始狀態(tài)。彈性材料不容易發(fā)生斷裂，可以被拉得很長(zhǎng)，常見(jiàn)的彈性材料有天然橡膠及人工合成橡膠等。

（2）脆性材料：隨著施加在圓棒上的力（其大小在一定范圍內(nèi)）的逐漸增大，脆性材料不會(huì)被明顯拉長(zhǎng)；去除施加的力后，脆性材料也可以恢復(fù)到初始狀態(tài)。與彈性材料不同，脆性材料在發(fā)生非常小的形變時(shí)就會(huì)發(fā)生斷裂，常見(jiàn)的脆性材料有玻璃、陶瓷等。

（3）塑性材料：在較小的力的作用下，塑性材料會(huì)進(jìn)入彈性階段，去除施加的力后。塑性材料可以恢復(fù)到初始狀態(tài)：隨著施加在圓棒上的力的逐漸增大，塑性材料會(huì)進(jìn)入塑性階段，去除施加的力后，塑性材料不會(huì)恢復(fù)到初始狀態(tài)，而是出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)的現(xiàn)象，常見(jiàn)的塑性材料有鋼鐵、鋁合金等金屬。

三種不同的材料受力后的變化如圖2所示。

生產(chǎn)制造過(guò)程中，為了更好地評(píng)價(jià)產(chǎn)品是否符合使用要求，我們常常需要對(duì)材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。力學(xué)性能測(cè)試的本質(zhì)是測(cè)量樣品形狀的變化與所受的力的關(guān)系。如圖3所示，測(cè)試方法除了前面提到的拉伸測(cè)試。還有壓縮測(cè)試、扭轉(zhuǎn)測(cè)試、彎曲測(cè)試、撞擊測(cè)試等，測(cè)試樣品的形狀可以是長(zhǎng)條、圓棒、方塊、薄板等。

測(cè)試完力學(xué)性能后，我們常常需要進(jìn)一步計(jì)算材料的各項(xiàng)指標(biāo)，常用到的物理指標(biāo)有：