材料强度及强度等级、脆性与韧性、硬度和耐磨性知识汇总(附计算公式)

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材料的力学性质


一、材料强度及强度等级


根据外力作用方式的不同,材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度(或抗折强度)及抗剪强度等,抗压、抗拉、抗剪强度的计算公式如下:


f=F/A


式中f—材料的强度,Mpa;


F—材料破坏时的最大荷载,N;


A—材料受力截面积,mm2。


材料的抗弯强度用下式计算


f弯=3FL/2bh~2


不同种类的材料具有不同的抵抗外力的特点。相同种类的材料,其强度随孔隙率及宏观结构特征的不同有很大差异。一般说,材料的孔隙率越大,强度越低,两者有近似直线的比例关系,如图1-5所示。


材料的强度除与组成和结构有关外,其强度值还受试件的形状、尺寸、表面状态、温度、湿度及试验时的加荷速度等因素影响,因此国家规定了试验方法,测定强度时应严格遵守。


强度等级


强度等级为了掌握材料的力学性质,合理选择材料,将材料按极限强度(或屈服点)划分成不同的等级,即强度等级。如石材、混凝土、红砖等脆性材料主要用于抗压,因此以其抗压极限强度来划分等级,而钢材主要用于抗拉,故以其屈服点作为划分等级的依据。


“比强度”


比强度是评价材料是否轻质高强的指标。它等于材料的强度与体积密度之比,其数值大者,表明材料轻质高强。


二、材料脆性与韧性


脆性


材料在外力作用下,直至断裂前只发生很小的弹性变形,不出现塑性变形而突然破坏的性质称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料。脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多,可达几倍到几十倍。脆性材料抵抗冲击或振动荷载的能力差,故常用于承受静压力作用的工程部位如基础、墙体、柱子、墩座等。属于此类的材料如石材、砖、混凝土、铸铁等。


韧性


材料在冲击、振动荷载作用下,能吸收较大的能量,同时也能产生一定的塑性变形而不致破坏的性质称为韧性(或冲击韧性)。建筑钢材、木材、沥青混凝土等属于韧性材料。用作路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。材料的韧性用冲击试验来检验。常用材料的强度表1-2

材料的理论强度与实际强度


材料在外力作用下,抵抗破坏的能力称为强度。当材料受到外力、荷载、变形限制、温度等作用都可使其内部产生应力。当应力增大到一定数值时,不同的材料可出现两种情况:一种是当应力达到某一值(屈服点)后,应力不再增加就能产生较大的塑性变形,使构件失去使用功能,却并未达到极限应力值。另一种是应力未能使材料出现屈服现象就直接达到材料的极限应力值而出现断裂。这两种情况下的应力值都可称为材料的强度,前者如建筑钢材以屈服点值作为钢材的设计依据,而几乎所有的脆性材料都属于后者。}从理论上讲,材料受外力作用产生破坏的原因主要是由于拉力造成质点间结合键断裂的缘故。或者产生脆裂,或者产生晶界面的滑移。材料受压破坏,实际上也是由于压力作用引起内部产生拉应力或剪应力而造成的破坏。


三、材料的受力变形


材料受外力作用,其内部会产生一种用来抵抗外力作用的内力,同时还伴随


着材料的变形。根据变形的特点,可将变形分为弹性变形和塑性变形。


1).弹性变形


材料在外力作用下产生变形,当外力取消后,能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种能够完全恢复的变形称为弹性变形。


2).塑性变形


材料在外力作用下产生变形,当外力取消后仍保持变形后的形状和尺寸,并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形。


实际上,只有单纯的弹性或塑性的材料是不存在的。各种材料在不同的应力下,表现出不同的变形性能。


四、材料硬度和耐磨性


硬度是材料抵抗其他物体刻划,压入其表面出现塑性变形的能力,通常,矿物的硬度采用刻划法测定其莫氏硬度,钢材,木材,混凝土采用钢球压入法测定其布氏硬度(HB)。


耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力,通常用磨损率K表示,即


K=M1-M2/A


其中M1,M2——表示磨损前后的质量,g;


A——受损面积,cm2。


来源:水利工程质量周刊

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