1 材料物理力学性能

材料的力学性能包括材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等方面。

这些性能对于材料的选择、设计和应用具有重要的指导意义。

下面将分别介绍材料的力学性能。

首先，强度是材料抵抗外力破坏的能力。

材料的强度可以分为拉伸强度、压缩强度、剪切强度等。

拉伸强度是指材料在拉伸作用下抵抗破坏的能力，压缩强度是指材料在压缩作用下抵抗破坏的能力，剪切强度是指材料在剪切作用下抵抗破坏的能力。

强度的大小直接影响着材料的使用安全性和可靠性，因此在材料选择和设计中需要充分考虑材料的强度。

其次，韧性是材料在外力作用下抵抗破坏的能力。

韧性是材料抵抗断裂的能力，通常用断裂韧性来表示。

断裂韧性是指材料在受到外力作用下能够吸收能量并抵抗断裂的能力。

韧性越大，材料在外力作用下越不容易发生断裂，具有更好的抗破坏能力。

因此，韧性是衡量材料抗破坏能力的重要指标之一。

另外，硬度是材料抵抗划伤、压痕和穿透的能力。

硬度是材料抵抗外力作用而不易产生形变或破坏的能力。

硬度的大小直接影响着材料的耐磨性和耐久性，对于一些需要长期使用的材料来说，硬度是一个非常重要的性能指标。

最后，塑性是材料在外力作用下发生形变的能力。

塑性是指材料受到外力作用后能够发生持久性形变的能力，通常用屈服点和延伸率来表示。

塑性越大，材料在外力作用下发生形变的能力越强，具有更好的加工性能和变形能力。

总的来说，材料的力学性能是材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括强度、韧性、硬度、塑性等方面。

这些性能直接影响着材料的使用安全性、耐久性和加工性能，对于材料的选择、设计和应用具有重要的指导意义。

因此，在材料研究和工程应用中，需要充分考虑材料的力学性能，以确保材料的使用安全和可靠。

材料物理性能及测试材料的物理性能是指材料在物理方面的性质和行为，包括材料的力学性能、热学性能、电学性能以及光学性能等。

这些性能对于材料的使用和应用起着重要的作用。

为了准确地评估和测试材料的物理性能，科学家和工程师使用了各种测试方法和仪器设备。

一、力学性能力学性能是衡量材料在外力作用下的行为的一种性能。

主要指材料的强度、韧性、硬度、延展性等。

常用的测试方法包括拉伸测试、压缩测试、剪切测试和弯曲测试等。

1.拉伸测试拉伸测试是一种常见的方法，用来评估材料的强度和延展性。

在拉伸测试中，材料样品被施加拉伸力，通常通过测量载荷和伸长量来计算拉伸应力和应变。

拉伸强度是指材料在拉伸过程中承受的最大应力，屈服强度是指材料开始产生可观察的塑性变形的应力。

2.压缩测试压缩测试用于测量材料在受压力下的性能。

将材料样品放入压力装置中，施加压力使其受到压缩，通过测量载荷和位移来计算压缩应力和应变。

压缩强度是指材料在压缩过程中承受的最大应力。

3.剪切测试剪切测试用于评估材料的抗剪切能力。

将材料样品放入剪切装置中，施加剪切力使其发生剪切变形，通过测量载荷和位移来计算剪切应力和应变。

剪切强度是指材料在剪切过程中承受的最大应力。

弯曲测试用于评估材料在弯曲载荷下的行为。

将材料样品放入弯曲装置中，施加弯曲力使其发生弯曲变形，通过测量载荷和位移来计算弯曲应力和应变。

弯曲强度是指材料在弯曲过程中承受的最大应力。

二、热学性能热学性能是指材料在温度变化下的行为。

主要包括热膨胀性、热导率、比热容等性能。

常用的测试方法包括热膨胀测试、热导率测试和比热容测试等。

1.热膨胀测试热膨胀测试用于测量材料随温度变化而发生的膨胀或收缩。

在热膨胀测试中，材料样品被加热或冷却，通过测量长度变化来计算热膨胀系数。

2.热导率测试热导率测试用于测量材料传导热的能力。

在热导率测试中，材料样品的一侧被加热，另一侧被保持在恒定温度，测量两侧温度差来计算热导率。

3.比热容测试比热容测试用于测量材料吸热或放热的能力。

材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。

材料承受外力作用、抵抗变形的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能。

材料在单位面积上所受的附加内力称为应力。

法向应力导致材料伸长或缩短，而剪切应力引起材料的切向畸变。

应变是用来表征材料在受力时内部各质点之间的相对位移。

对于各向同性材料，有三种基本类型的应变：拉伸应变ε，剪切应变γ和压缩应变Δ。

若材料受力前的面积为A0，则σ0=F/A0称为名义应力。

若材料受力后面积为A，则σT=F/A称为真实应力。

对于理想的弹性材料，在应力作用下会发生弹性形变，其应力与应变关系服从胡克（Hook）定律（σ=Eε）。

E是弹性模量，又称为弹性刚度。

弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。

E越大，越不容易变形，表示材料刚度越大。

弹性模量是原子间结合强度的标志之一。

泊松比：在拉伸试验时，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值。

粘性形变是指粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间增加而增大。

材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。

材料发生塑性形变而不发生断裂的能力称为延展性。

在足够大的剪切应力τ作用下或温度T较高时，材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。

滑移和孪晶：晶体塑性形变两种基本形式。

蠕变是在恒定的应力σ作用下材料的应变ε随时间增加而逐渐增大的现象。

位错蠕变理论：在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错，在高温下由于热运动增大了原子的能量，使得位错能克服阻碍发生运动而导致材料的蠕变。

扩散蠕变理论：材料在高温下的蠕变现象与晶体中的扩散现象类似，蠕变过程是在应力作用下空位沿应力作用方向（或晶粒沿相反方向）扩散的一种形式。

晶界蠕变理论：多晶陶瓷材料由于存在大量晶界，当晶界位相差大时，可把晶界看成是非晶体，在温度较高时，晶界粘度迅速下降，应力使得晶界发生粘性流动而导致蠕变。

材料物理学中的物理性能测试材料物理学是研究材料的结构、性质和性能的学科，而物理性能测试则是评估这些材料在不同环境下的响应和表现的重要手段。

通过物理性能测试，我们可以了解材料的力学性能、热学性能、电学性能等，从而为材料的设计、选择和应用提供科学依据。

一、力学性能测试力学性能是材料最基本的性能之一，它包括材料的强度、硬度、韧性等指标。

常见的力学性能测试方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。

拉伸试验是最常用的力学性能测试方法之一，通过施加拉力来测量材料的抗拉强度、屈服强度、断裂强度等指标。

压缩试验则是施加压力来测量材料的抗压强度、屈服强度等。

弯曲试验则是通过施加弯曲力来测量材料的弯曲强度、弯曲模量等。

二、热学性能测试热学性能是材料在热力学条件下的表现，包括导热性能、热膨胀性能等。

导热性能测试是评估材料导热性能的重要方法，常用的测试方法有热传导仪、热导率计等。

热膨胀性能测试则是测量材料在温度变化下的线膨胀系数，常用的测试方法有热膨胀仪、激光干涉仪等。

三、电学性能测试电学性能是材料在电场、电流下的表现，包括电导率、介电常数、电阻等。

电导率测试是评估材料导电性能的重要方法，常用的测试方法有四探针法、电导率计等。

介电常数测试则是测量材料在电场中的响应，常用的测试方法有介电常数测试仪、电容测量仪等。

电阻测试则是测量材料对电流的阻碍程度，常用的测试方法有电阻测试仪、电阻箱等。

四、其他物理性能测试除了上述的力学性能、热学性能和电学性能测试外，材料物理学中还有其他重要的物理性能需要测试。

例如，磁学性能测试是评估材料磁性的重要手段，常用的测试方法有霍尔效应测试、磁滞回线测试等。

光学性能测试则是评估材料对光的传输、反射、折射等性能的重要方法，常用的测试方法有透射光谱仪、反射光谱仪等。

综上所述，物理性能测试在材料物理学中具有重要的地位和作用。

通过对材料的力学性能、热学性能、电学性能等进行测试，我们可以全面了解材料的性能特点，为材料的设计、选择和应用提供科学依据。

材料物理性能课后习题答案材料物理性能习题与解答目录1 材料的力学性能 (2)2 材料的热学性能 (12)3 材料的光学性能 (17)4 材料的电导性能 (20)5 材料的磁学性能 (29)6 材料的功能转换性能 (37)1材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。

解：根据题意可得下表由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。

1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm，受到应力为1000N拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m2，能伸长多少厘米?解：拉伸前后圆杆相关参数表)(0114.0105.310101401000940cmEAlFlEll=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅=∆-σε10909.40⨯0851.01=-=∆=AAllε名义应变1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。

解：根据 可知：1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。

证：1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。

则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。

1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程：Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：)21(3)1(2μμ-=+=B G E )(130)(103.1)35.01(2105.3)1(288MPa Pa E G ≈⨯=+⨯=+=μ剪切模量)(390)(109.3)7.01(3105.3)21(388MPa Pa E B ≈⨯=-⨯=-=μ体积模量.,.,11212121212121S W VS d V ld A Fdl W W S W VFdl Vl dl A F d S l l l l l l ∝====∝====⎰⎰⎰⎰⎰⎰亦即做功或者：亦即面积εεεεεεεσεσεσ)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =⨯+⨯=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量).1()()(0)0()1)(()1()(10//0----==∞=-∞=-=e e e Et t t σσεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：./)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。

材料物理性能1. 引言材料物理性能是指材料在物理方面的性能特征与表现，包括其力学性能、热学性能、电学性能等。

了解材料的物理性能能够帮助我们选择合适的材料，预测材料的行为以及进行工程设计和优化。

2. 力学性能2.1 弹性模量弹性模量是材料在受力作用下产生弹性变形的能力，一般表示为杨氏模量（Young’s modulus）、剪切模量（Shear modulus）和泊松比（Poisson ratio）。

- 杨氏模量描述了材料在受拉或受压时的弹性性能，可以算作是应力与应变之间的比例系数。

- 剪切模量衡量了材料在受剪切力作用下的变形能力。

- 泊松比描述了材料在受力作用下，在两个垂直于受力方向的平面上的变形比例。

2.2 强度强度是指材料在承受外力作用下能够抵抗变形和破坏的能力。

强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。

不同类型的力学性能指标适用于不同的应用场景。

2.3 脆性和韧性脆性是指材料在受力作用下容易发生断裂的性质，表现为材料的断裂韧度较低；韧性是指材料在受力作用下能够发生塑性变形而不断裂的性质，表现为材料的断裂韧度较高。

脆性和韧性是相对的，不同材料的脆性和韧性特点不同。

3. 热学性能3.1 热膨胀系数热膨胀系数描述了材料在温度变化下的对长度、体积或密度的变化率。

材料的热膨胀系数可以影响它在温度变化下的热膨胀或收缩行为。

3.2 热导率热导率是指材料传导热量的能力，表示的是单位时间内单位温度差下，通过单位横截面积所传导的热量。

热导率可以用于描述材料的导热性能。

3.3 热容量热容量是指材料在受热时吸收热量的能力，以及在冷却时释放热量的能力。

热容量可以用于描述材料在温度变化下的热稳定性和热响应行为。

4. 电学性能4.1 电导率电导率是指材料导电的能力，表示单位长度内单位面积上的电流。

电导率可以用于描述材料的导电性能。

4.2 介电常数介电常数是指材料对电场的响应能力，表示单位电场下单位体积内储存能量的能力。

材料的力学性能材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出的力学特性，包括弹性模量、屈服强度、断裂强度等。

这些性能对于材料的工程应用具有重要意义，影响着材料的可靠性和安全性。

下面将从几个方面对材料的力学性能进行介绍。

首先，弹性模量是衡量材料刚度的重要指标。

弹性模量越大，材料的刚度越高，它能够反映材料在受力时的变形能力。

一般来说，金属材料的弹性模量较高，而塑料和橡胶等弹性体的弹性模量较低。

弹性模量的大小直接影响着材料的应力应变关系，对于材料的设计和选用具有重要的指导意义。

其次，屈服强度是材料在受力过程中发生塑性变形的临界点。

当材料受到外力作用时，首先会出现线性弹性变形，当达到一定应力值时，材料会发生塑性变形，这个应力值就是屈服强度。

屈服强度的大小决定了材料的抗塑性变形能力，也是衡量材料抗拉伸、抗压性能的重要参数。

另外，断裂强度是材料在受力过程中发生断裂的临界点。

当材料受到外力作用时，当应力达到一定值时，材料会发生断裂。

断裂强度是衡量材料抗断裂能力的重要参数，也是材料设计和选用的重要参考。

除了以上几个重要的力学性能参数外，材料的硬度、韧性、疲劳性能等也是影响材料力学性能的重要因素。

硬度是材料抵抗划痕和压痕的能力，韧性是材料抗冲击和断裂的能力，疲劳性能是材料在交变应力作用下的抗疲劳能力。

这些性能参数综合影响着材料在不同工程应用中的使用性能。

总的来说，材料的力学性能直接关系着材料的可靠性和安全性，对于材料的设计、选用和应用具有重要的指导意义。

因此，我们在工程实践中需要充分了解材料的力学性能参数，合理选择材料，确保工程的安全可靠。

同时，也需要不断开展材料力学性能的研究，提高材料的性能，推动工程材料的发展和应用。