第一章 基本性質(zhì)

第一章基本性質(zhì)第一頁，共十五頁，2022年，8月28日2兩原子間相互作用力曲線第二頁，共十五頁，2022年，8月28日3二、材料的強(qiáng)度和比強(qiáng)度

強(qiáng)度---試驗(yàn)強(qiáng)度:材料的試驗(yàn)強(qiáng)度是模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的形狀、承受荷載的類型等在試驗(yàn)室條件下測得的材料強(qiáng)度。

根據(jù)荷載種類的不同，材料的強(qiáng)度主要有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎（折）強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度。

比強(qiáng)度

等于材料的強(qiáng)度與表觀密度的比值，是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)性能的主要指標(biāo)。第三頁，共十五頁，2022年，8月28日4鋼材、木材和混凝土的強(qiáng)度比較第四頁，共十五頁，2022年，8月28日5影響材料強(qiáng)度測試結(jié)果的試驗(yàn)條件有哪些？答：影響材料強(qiáng)度測試結(jié)果的因素很多，如小尺寸試件測試強(qiáng)度值高于大尺寸試件；加載速度快時測得的強(qiáng)度值高于加載速度慢時的；立方體試件測得值高于棱柱體試件；受壓試件與加壓鋼板間無潤滑作用的（如未涂石蠟等潤滑物時）測得的強(qiáng)度值高于有潤滑作用的；表面平整試件的測得值高于表面不平整的等。第五頁，共十五頁，2022年，8月28日6三、材料在荷載作用下的變形

材料在荷載作用下會產(chǎn)生變形，其變形的特征表現(xiàn)為材料的彈性和塑性。

(a)晶體材料(b)彈性體材料(c)細(xì)胞質(zhì)材料各類材料的彈性變形

第六頁，共十五頁，2022年，8月28日7彈性

---外力取消后能完全恢復(fù)到原來的形狀和尺寸的性質(zhì)，分為線彈性變形和非線彈性變形。塑性

---外力取消后材料仍保持變形后的形狀與尺寸，并不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)，這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形或永久變形。a)理想彈性體b)理想塑性體第七頁，共十五頁，2022年，8月28日8

建筑鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變曲線混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線第八頁，共十五頁，2022年，8月28日9四、材料的韌性和脆性韌性

---動荷載作用下，能吸收較多的能量，并產(chǎn)生較大塑性變形而不破壞的性能。

用沖擊韌性值來表示，其值為材料在沖擊荷載作用下單位沖斷截面上所消耗的沖擊功。

多數(shù)材料在低溫條件下的韌性會急劇降低，所以在寒冷地區(qū)還應(yīng)考慮材料在低溫下的冷脆性。如鐵路橋梁鋼Q345qE在-40℃下的沖擊功應(yīng)不小于34J。第九頁，共十五頁，2022年，8月28日10沖擊韌性指標(biāo)試驗(yàn)：第十頁，共十五頁，2022年，8月28日11脆性

---材料在外力作用下不產(chǎn)生明顯的塑性變形而突然破壞的性質(zhì)。

特點(diǎn)是破壞時的變形值非常小，脆性材料的抗拉強(qiáng)度很低。磚、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、鑄鐵等均屬于脆性材料。混凝土的抗壓強(qiáng)度時其抗拉強(qiáng)度的8~12倍。第十一頁，共十五頁，2022年，8月28日12案例1：1878年6月，英國人用鑄鐵在北海的Tay灣上建造了全長3160m,單跨73.5m的跨海大橋，采用梁式桁架結(jié)構(gòu)，在石材和磚砌筑的基礎(chǔ)上采用鑄鐵管做橋面。結(jié)果建成不到兩年，在一次臺風(fēng)襲擊的夜晚，在臺風(fēng)加上火車沖擊荷載作用下橋墩脆斷、橋梁倒塌、車毀人亡。分析原因：主要是鑄鐵的橋墩在沖擊荷載作用下發(fā)生脆斷所造成的。從那之后，人們對鋼材和鑄鐵進(jìn)行了深入的性能比較研究，發(fā)現(xiàn)鋼材不僅具有很高的抗壓強(qiáng)度，同時也具有很高的抗拉強(qiáng)度和抗沖擊韌性。從此之后，人們開始采用鋼材建造橋梁，并逐步完善其結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工技術(shù)，不斷刷新橋梁跨度的記錄。第十二頁，共十五頁，2022年，8月28日13案例2：1912年，當(dāng)時世界上最大的客船泰坦尼克號初航，不幸撞上冰山，35cm厚船鋼板在水位線處像拉鏈拉開一樣撕裂，海水排山倒海般涌向船內(nèi)，約3小時后沉沒。分析原因：1991年，深水機(jī)械人從4000米海底撈起一塊泰坦尼克號上的鋼板，沖洗掉沉積物，取了一塊做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，強(qiáng)度比現(xiàn)代鋼材還要高。為什么會沉呢？對其做鋼材沖擊韌性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鋼材斷裂時吸收的沖擊功很低，是韌性差的脆性材料?；瘜W(xué)分析表明，該鋼材的含硫量高導(dǎo)致鋼材的脆性增加。第十三頁，共十五頁，2022年，8月28日14五、硬度和耐磨性1、硬度：定義：材料表面抵抗其他較硬物體壓入或刻劃的能力。用途：在工程中可用硬度間接的推算材料的強(qiáng)度值。如混凝土的回彈值檢測。＊鋼材、混凝土、木材的硬度用鋼球壓入法。＊硬度大的材料表面抵抗磨耗性較強(qiáng)，但不宜加工。2、耐磨性：定義：材料表面抵抗磨損的能力。＊耐磨性與材料的硬度、強(qiáng)度及內(nèi)部構(gòu)造有關(guān)。＊地面、樓梯踏步、人行道、飛機(jī)跑道、水工建筑物、鐵路鋼軌等應(yīng)考慮其耐磨性和硬度。第十四頁，共十五頁，2022年，8月28日15

材料的力學(xué)性質(zhì)

抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗彎（折