今天日記有點(diǎn)長，我們直入主題。

先上圖，說說這張表里的13個材料性能。

其中部分性能我們會頻繁使用到，比如剛度，強(qiáng)度，硬度等。

應(yīng)力和應(yīng)變：

我想，在說這13大性能之前，還是有必要說一下最基本的，也就是應(yīng)力應(yīng)變曲線。

低碳鋼是典型的可延展材料，做拉伸試驗(yàn)時，會有如下的變形和拉力關(guān)系曲線。

圖1：伸長量和拉力的關(guān)系，跟幾何尺寸有關(guān)系

圖2：應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系，跟幾何尺寸沒有關(guān)系。

應(yīng)力＝力／截面積，應(yīng)變＝變形量／原長

圖3:應(yīng)力應(yīng)變區(qū)域圖，應(yīng)變在Aut之前是均勻塑性變形，在Aut之后開始出現(xiàn)縮頸

圖4：應(yīng)力應(yīng)變階段圖，從左到右依次經(jīng)過比例極限，屈服點(diǎn)，抗拉強(qiáng)度，斷裂。從屈服點(diǎn)到抗拉強(qiáng)度之間的塑性變形又叫應(yīng)變硬化（加工硬化），抗拉強(qiáng)度之后的變形因?yàn)槭遣痪鶆蜃冃危越锌s頸。

圖5：應(yīng)力應(yīng)變區(qū)域及階段圖，藍(lán)色區(qū)域是彈性變形區(qū)域，黃色區(qū)域是塑性變形區(qū)域。變形過程依次經(jīng)過：比例極限A（胡克定律適用于此點(diǎn)之前的變形），彈性極限B／屈服點(diǎn)，低屈服點(diǎn)C，抗拉強(qiáng)度D，斷裂點(diǎn)E。

從圖1可以看到，伸長量和拉力的關(guān)系，跟材料的截面和初始長度有關(guān)。

但是換算到應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系后（圖2），曲線就變得和幾何尺寸沒有關(guān)系了。

應(yīng)力＝力／截面積，應(yīng)變＝變形量／原長。

從圖4和圖5可以看出，隨著應(yīng)變的增加，材料依次經(jīng)過：比例極限，屈服點(diǎn)，抗拉強(qiáng)度，斷裂點(diǎn)。

比例極限點(diǎn)之前的變形，即線彈性變形階段，胡克定律適用，此后胡克定律不適用。

屈服點(diǎn)，也叫彈性極限，材料屈服點(diǎn)之前的變形，可以完全恢復(fù)，經(jīng)過屈服點(diǎn)后，材料的變形不可恢復(fù)。

把可以恢復(fù)的變形稱為彈性變形，不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。

 圖6：彈性變形，外力卸載后，變形可以恢復(fù)

圖7：塑性變形，外力卸載后，變形不能完全恢復(fù)

1.強(qiáng)度（Strength）：

強(qiáng)度是指材料抵抗永久變形和斷裂的能力，即材料破壞時所需要的應(yīng)力。

它的大小與材料本身的性質(zhì)及受力形式有關(guān)。

根據(jù)載荷形式的不同，強(qiáng)度可以分為屈服強(qiáng)度（Yield Strength），抗拉強(qiáng)度（Tensile Strength），抗壓強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度等。

對于可延展材料，抗拉強(qiáng)度也叫極限強(qiáng)度（Ultimate Strength＝US，或Ultimate Tensile Strength=UTS），對于脆性材料，抗拉強(qiáng)度就是材料的斷裂強(qiáng)度（關(guān)于脆性和可延展性，我們在后面聊）。

工程上使用最多的是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。

不同載荷形式

壓應(yīng)力及剪切應(yīng)力

 簡支梁的彎矩應(yīng)力：中性層兩側(cè)分別受拉應(yīng)力和壓應(yīng)力

簡支梁的彎曲及剪切應(yīng)力

 不同載荷形式簡表

 鋁合金的屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，延展性

不銹鋼的屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，延展性

無明顯屈服現(xiàn)象材料的屈服強(qiáng)度定義

屈服強(qiáng)度：是材料發(fā)生屈服時的應(yīng)力，亦即開始產(chǎn)生明顯塑性變形時的最小應(yīng)力，對于無明顯屈服的金屬材料，例如高碳鋼，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值為其屈服強(qiáng)度。

大多數(shù)金屬材料都可以通過加工硬化，合金化，熱處理等，來提高屈服強(qiáng)度，以適應(yīng)不同的應(yīng)用。

抗拉強(qiáng)度：是材料在拉斷前承受的最大應(yīng)力。是金屬由均勻塑性變形，向局部集中塑性變形過渡的臨界值，也是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力。

對于塑性材料，它表征材料最大均勻塑性變形的抗力，拉伸部件在承受最大拉應(yīng)力之前，變形是均勻一致的，但超出之后，金屬開始出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，即產(chǎn)生集中變形。

對于沒有或只有很小塑性變形的脆性材料，它反映了材料的斷裂抗力。

2.剛度（Stiffness）：

剛度是指某構(gòu)件或結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，即引起單位變形時所需要的力，一般是針對構(gòu)件或結(jié)構(gòu)而言的。

它的大小不僅與材料本身的性質(zhì)，比如彈性模量有關(guān)，而且與構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的截面和形狀有關(guān)。

在應(yīng)力－應(yīng)變圖中，彈性模量指的是彈性變形階段線段的斜率，即引起單位彈性變形所需要的應(yīng)力，它用來表征材料的剛性。

彈性模量：比例變形階段E=σ/ε

剛度在數(shù)值上等于使該點(diǎn)產(chǎn)生單位位移所需的力。

比如，結(jié)構(gòu)上某處剛度為100N/mm，則使該處產(chǎn)生1mm位移就需要100N的力。

剛度在工程實(shí)踐中，是經(jīng)常用到的概念，它和精度，結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能等息息相關(guān)。

例如，機(jī)床主軸要有足夠的剛度，以便在切削、加工時，徑向受力變形極小，從而保證加工尺寸精度、形狀精度等。

再比如，懸臂機(jī)械手臂，也要求有較好的剛度，這樣才能保證末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)在取放物料時，不會引入過大的誤差，包括靜態(tài)和動態(tài)誤差。

提高剛度的措施有：提高截面尺寸面積，合理的支撐和跨度。截面形狀的優(yōu)化，材料調(diào)質(zhì)熱處理等。

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