今天日記有點長，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，強度，硬度等。

應力和應變：

我想，在說這13大性能之前，還是有必要說一下最基本的，也就是應力應變曲線。

低碳鋼是典型的可延展材料，做拉伸試驗時，會有如下的變形和拉力關系曲線。

圖1：伸長量和拉力的關系，跟幾何尺寸有關系

圖2：應力和應變的關系，跟幾何尺寸沒有關系。

應力＝力／截面積，應變＝變形量／原長

圖3:應力應變區域圖，應變在Aut之前是均勻塑性變形，在Aut之后開始出現縮頸

圖4：應力應變階段圖，從左到右依次經過比例極限，屈服點，抗拉強度，斷裂。從屈服點到抗拉強度之間的塑性變形又叫應變硬化（加工硬化），抗拉強度之后的變形因為是不均勻變形，所以叫縮頸。

圖5：應力應變區域及階段圖，藍色區域是彈性變形區域，黃色區域是塑性變形區域。變形過程依次經過：比例極限A（胡克定律適用于此點之前的變形），彈性極限B／屈服點，低屈服點C，抗拉強度D，斷裂點E。

從圖1可以看到，伸長量和拉力的關系，跟材料的截面和初始長度有關。

但是換算到應力和應變的關系后（圖2），曲線就變得和幾何尺寸沒有關系了。

應力＝力／截面積，應變＝變形量／原長。

從圖4和圖5可以看出，隨著應變的增加，材料依次經過：比例極限，屈服點，抗拉強度，斷裂點。

比例極限點之前的變形，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，也叫彈性極限，材料屈服點之前的變形，可以完全恢復，經過屈服點后，材料的變形不可恢復。

把可以恢復的變形稱為彈性變形，不能恢復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

圖7：塑性變形，外力卸載后，變形不能完全恢復

1.強度（Strength）：

強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力。

它的大小與材料本身的性質及受力形式有關。

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

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

工程上使用最多的是屈服強度和抗拉強度。

不同載荷形式

壓應力及剪切應力

 簡支梁的彎矩應力：中性層兩側分別受拉應力和壓應力

簡支梁的彎曲及剪切應力

 不同載荷形式簡表

 鋁合金的屈服強度，抗拉強度，延展性

不銹鋼的屈服強度，抗拉強度，延展性

無明顯屈服現象材料的屈服強度定義

屈服強度：是材料發生屈服時的應力，亦即開始產生明顯塑性變形時的最小應力，對于無明顯屈服的金屬材料，例如高碳鋼，規定以產生0.2%殘余變形的應力值為其屈服強度。

大多數金屬材料都可以通過加工硬化，合金化，熱處理等，來提高屈服強度，以適應不同的應用。

抗拉強度：是材料在拉斷前承受的最大應力。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力之前，變形是均勻一致的，但超出之后，金屬開始出現縮頸現象，即產生集中變形。

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）：

剛度是指某構件或結構抵抗變形的能力，即引起單位變形時所需要的力，一般是針對構件或結構而言的。

它的大小不僅與材料本身的性質，比如彈性模量有關，而且與構件或結構的截面和形狀有關。

在應力－應變圖中，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

剛度在數值上等于使該點產生單位位移所需的力。

比如，結構上某處剛度為100N/mm，則使該處產生1mm位移就需要100N的力。

剛度在工程實踐中，是經常用到的概念，它和精度，結構的動態性能等息息相關。

例如，機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，懸臂機械手臂，也要求有較好的剛度，這樣才能保證末端執行機構在取放物料時，不會引入過大的誤差，包括靜態和動態誤差。

提高剛度的措施有：提高截面尺寸面積，合理的支撐和跨度。截面形狀的優化，材料調質熱處理等。

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