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1、第一章 基本性质 第1页，本讲稿共15页2两原子间相互作用力曲线两原子间相互作用力曲线第2页，本讲稿共15页3二、材料的强度和比强度二、材料的强度和比强度 强度强度-试验强度试验强度:材料的试验强度是模拟材料的试验强度是模拟实际结构或构件的形状、承受荷载的类型等实际结构或构件的形状、承受荷载的类型等在试验室条件下测得的材料强度。在试验室条件下测得的材料强度。根据荷载种类的不同，材料的强度主要根据荷载种类的不同，材料的强度主要有有抗压强度、抗拉强度、抗弯（折）强度及抗压强度、抗拉强度、抗弯（折）强度及抗剪强度抗剪强度。比强度比强度 等于材料的强度与表观密度的比等于材料的强度与表观密度的比值，是衡
2、量材料轻质高强性能的主要指标。值，是衡量材料轻质高强性能的主要指标。第3页，本讲稿共15页4钢材、木材和混凝土的强度比较钢材、木材和混凝土的强度比较第4页，本讲稿共15页5影响材料强度测试结果的试验条件有哪些？影响材料强度测试结果的试验条件有哪些？答：影响材料强度测试结果的因素很多，如小尺寸试件测答：影响材料强度测试结果的因素很多，如小尺寸试件测试强度值高于大尺寸试件；加载速度快时测得的强度值试强度值高于大尺寸试件；加载速度快时测得的强度值高于加载速度慢时的；立方体试件测得值高于棱柱体试高于加载速度慢时的；立方体试件测得值高于棱柱体试件；受压试件与加压钢板间无润滑作用的（如未涂石蜡件；受压试件
3、与加压钢板间无润滑作用的（如未涂石蜡等润滑物时）测得的强度值高于有润滑作用的；表面平等润滑物时）测得的强度值高于有润滑作用的；表面平整试件的测得值高于表面不平整的等。整试件的测得值高于表面不平整的等。第5页，本讲稿共15页6三、材料在荷载作用下的变形三、材料在荷载作用下的变形 材料在荷载作用下会产生变形，其变形的特征表现为材料在荷载作用下会产生变形，其变形的特征表现为材料的弹性和塑性。材料的弹性和塑性。(a)晶体材料晶体材料 (b)弹性体材料弹性体材料 (c)细胞质材料细胞质材料 各类材料的弹性变形各类材料的弹性变形 第6页，本讲稿共15页7弹性弹性-外力取消后能完全恢复到原来的形状和尺寸的外
4、力取消后能完全恢复到原来的形状和尺寸的性质，分为线弹性变形和非线弹性变形。性质，分为线弹性变形和非线弹性变形。塑性塑性-外力取消后材料仍保持变形后的形状与尺寸，并不产外力取消后材料仍保持变形后的形状与尺寸，并不产生裂缝的性质，这种不能恢复的变形称为塑性变形或永久生裂缝的性质，这种不能恢复的变形称为塑性变形或永久变形。变形。a a)理理想想弹弹性性体体b b)理理想想塑塑性性体体第7页，本讲稿共15页8 建筑钢材的应力建筑钢材的应力-应变曲线应变曲线 混凝土的应力混凝土的应力-应变曲线应变曲线第8页，本讲稿共15页9四、材料的韧性和脆性四、材料的韧性和脆性韧性韧性-动荷载作用下，能吸收较多的能量
5、，并产生动荷载作用下，能吸收较多的能量，并产生较大塑性变形而不破坏的性能。较大塑性变形而不破坏的性能。用用冲击韧性值冲击韧性值来表示，其值为材料在冲击荷来表示，其值为材料在冲击荷载作用下单位冲断截面上所消耗的冲击功。载作用下单位冲断截面上所消耗的冲击功。多数材料在低温条件下的韧性会急剧降低，多数材料在低温条件下的韧性会急剧降低，所以在寒冷地区还应考虑材料在低温下的冷脆性。所以在寒冷地区还应考虑材料在低温下的冷脆性。如铁路桥梁钢如铁路桥梁钢Q345qE在在-40下的冲击功应不小于下的冲击功应不小于34J。第9页，本讲稿共15页10冲击韧性指标试验：冲击韧性指标试验：第10页，本讲稿共15页11脆
6、性脆性-材料在外力作用下不产生明显的塑性材料在外力作用下不产生明显的塑性变形而突然破坏的性质。变形而突然破坏的性质。特点是破坏时的变形值非常小，脆性材特点是破坏时的变形值非常小，脆性材料的抗拉强度很低。砖、石材、陶瓷、玻璃、料的抗拉强度很低。砖、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、铸铁等均属于脆性材料。混凝土的混凝土、铸铁等均属于脆性材料。混凝土的抗压强度时其抗拉强度的抗压强度时其抗拉强度的812倍。倍。第11页，本讲稿共15页12v案例案例1：1878年年6月，英国人用铸铁在北海的月，英国人用铸铁在北海的Tay湾上建湾上建造了全长造了全长3160m,单跨单跨73.5m的跨海大桥，采用梁式桁的跨海大桥，
7、采用梁式桁架结构，在石材和砖砌筑的基础上采用铸铁管做桥面。架结构，在石材和砖砌筑的基础上采用铸铁管做桥面。结果建成不到两年，在一次台风袭击的夜晚，在台风结果建成不到两年，在一次台风袭击的夜晚，在台风加上火车冲击荷载作用下桥墩脆断、桥梁倒塌、车毁加上火车冲击荷载作用下桥墩脆断、桥梁倒塌、车毁人亡。人亡。分析原因：主要是铸铁的桥墩在冲击荷载作用下发生脆分析原因：主要是铸铁的桥墩在冲击荷载作用下发生脆断所造成的。从那之后，人们对钢材和铸铁进行了深入断所造成的。从那之后，人们对钢材和铸铁进行了深入的性能比较研究，发现钢材不仅具有很高的抗压强度，的性能比较研究，发现钢材不仅具有很高的抗压强度，同时也具有
8、很高的抗拉强度和抗冲击韧性。从此之后，同时也具有很高的抗拉强度和抗冲击韧性。从此之后，人们开始采用钢材建造桥梁，并逐步完善其结构设计和人们开始采用钢材建造桥梁，并逐步完善其结构设计和施工技术，不断刷新桥梁跨度的记录。施工技术，不断刷新桥梁跨度的记录。第12页，本讲稿共15页13v案例案例2：1912年，当时世界上最大的客船泰坦尼克号年，当时世界上最大的客船泰坦尼克号初航，不幸撞上冰山，初航，不幸撞上冰山，35cm厚船钢板在水位线处像厚船钢板在水位线处像拉链拉开一样撕裂，海水排山倒海般涌向船内，约拉链拉开一样撕裂，海水排山倒海般涌向船内，约3小时后沉没。小时后沉没。分析原因：分析原因：1991年
9、，深水机械人从年，深水机械人从4000米海底捞起一米海底捞起一块泰坦尼克号上的钢板，冲洗掉沉积物，取了一块做块泰坦尼克号上的钢板，冲洗掉沉积物，取了一块做抗压强度试验，强度比现代钢材还要高。为什么会沉抗压强度试验，强度比现代钢材还要高。为什么会沉呢？对其做钢材冲击韧性试验，发现钢材断裂时吸收呢？对其做钢材冲击韧性试验，发现钢材断裂时吸收的冲击功很低，是韧性差的脆性材料。化学分析表明，的冲击功很低，是韧性差的脆性材料。化学分析表明，该钢材的含硫量高导致钢材的脆性增加。该钢材的含硫量高导致钢材的脆性增加。第13页，本讲稿共15页14五、硬度和耐磨性五、硬度和耐磨性1、硬度：、硬度：定义：材料表面抵
10、抗其他较硬物体压入或刻划的能力。定义：材料表面抵抗其他较硬物体压入或刻划的能力。用途：在工程中可用硬度间接的推算材料的强度值。如混凝土的用途：在工程中可用硬度间接的推算材料的强度值。如混凝土的回弹值检测。回弹值检测。钢材、混凝土、木材的硬度用钢球压入法。钢材、混凝土、木材的硬度用钢球压入法。硬度大的材料表面抵抗磨耗性较强，但不宜加工。硬度大的材料表面抵抗磨耗性较强，但不宜加工。2、耐磨性：、耐磨性：定义：材料表面抵抗磨损的能力。定义：材料表面抵抗磨损的能力。耐磨性与材料的硬度、强度及内部构造有关。耐磨性与材料的硬度、强度及内部构造有关。地面、楼梯踏步、人行道、飞机跑道、水工建筑地面、楼梯踏步、人行道、飞机跑道、水工建筑 物、铁路钢轨等应考虑其耐磨性和硬度。物、铁路钢轨等应考虑其耐磨性和硬度。第14页，本讲稿共15页15 材材料料的的力力学学性性质质抗压强度抗压强度抗拉强度抗拉强度强度强度抗剪强度抗剪强度抗弯（折）强度抗弯（折）强度 弹性变形弹性变形变形性变形性塑性变形塑性变形弹塑性变形弹塑性变形抗冲击性抗冲击性韧性、脆性韧性、脆性表面性能表面性能耐磨性、硬度耐磨性、硬度 第15页，本讲稿共15页