工程材料力學(xué)性能影響因素研究

蘇 星（隴東學(xué)院，甘肅 慶陽(yáng) 745000）

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工程材料力學(xué)性能影響因素研究

蘇 星
（隴東學(xué)院，甘肅 慶陽(yáng) 745000）

摘 要：隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了越來(lái)越多新材料，而在實(shí)際的工程運(yùn)用中，分析材料的力學(xué)性質(zhì)變得十分重要而且非常復(fù)雜，文章對(duì)材料力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，總結(jié)期影響因素，以供實(shí)踐應(yīng)用借鑒。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)性質(zhì)；材料力學(xué)性能檢測(cè)；影響因素

材料的基本力學(xué)知識(shí)指的是材料的強(qiáng)度和強(qiáng)度，材料的彈性和塑性，以及材料的脆性和韌性，為了判定一種材料的力學(xué)性質(zhì)，我們需要對(duì)其進(jìn)行性能檢測(cè)，在這個(gè)檢測(cè)過(guò)程中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在不一樣的條件下，材料力學(xué)的性質(zhì)也會(huì)不同。除了受到檢測(cè)條件的影響外，材料力學(xué)性質(zhì)還會(huì)受到材料的結(jié)構(gòu)，材料的組成等材料自身的一些性質(zhì)的影響。

1　影響材料強(qiáng)度和強(qiáng)度的因素

1.1材料自身性質(zhì)的影響

（1）材料的組成和材料的構(gòu)造。材料的強(qiáng)度受材料組成的影響，材料組成不同，材料的構(gòu)造方式也不同，從而會(huì)影響材料的強(qiáng)度。而這里面的材料的組成不同，指的是合成某種材料所用的原材料不同，材料的構(gòu)造不同就是指這些原材料在合成時(shí)所遵循的比例和復(fù)合方式的不同。

（2）材料的孔隙率和孔隙特征。孔隙率指的是散粒狀材料堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占總體積的比例。孔隙特征分為開(kāi)口和閉口兩種。對(duì)于同一品種的材料而言，材料的強(qiáng)度和孔隙率成反比關(guān)系，當(dāng)空隙率越大，強(qiáng)度越小，反之孔隙率越小，強(qiáng)度越大。同時(shí)導(dǎo)熱材料和吸音材料對(duì)孔隙的大小有著相反的要求，但這并不屬于材料的力學(xué)性質(zhì)，我們?cè)谶@里不再做深入的研究。

（3）材料齡期的影響。齡期對(duì)材料強(qiáng)度的影響主要體現(xiàn)在對(duì)混凝土材料的影響。在一定的時(shí)期內(nèi)，通常為在一定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)，混凝土材料的硬度都會(huì)隨著保養(yǎng)時(shí)間的增加而增加，但是在達(dá)到一定的時(shí)間后，混凝土材料的硬度不再發(fā)生變化，或者會(huì)隨著保養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生緩慢的變化，有些混凝土材料的硬度甚至?xí)S著時(shí)間的延長(zhǎng)而變小［1-2］。

1.2力學(xué)性能測(cè)驗(yàn)中外界條件的影響

（1）溫度和濕度的影響。在進(jìn)行材料力學(xué)性能檢測(cè)時(shí)，要注意室溫的恒定和適宜。比如，在測(cè)量金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)時(shí)，要注意將室內(nèi)溫度保持在 10-35℃，因?yàn)樵谶@樣的溫度下，對(duì)材料試驗(yàn)機(jī)所造成的微小影響是可以忽略不計(jì)的，但是對(duì)高精度的電子載荷傳感器，或者某些對(duì)溫度變化很敏感的特殊材料，比如熱敏陶瓷電阻，熱電偶材料，鉑熱電阻等，會(huì)造成一定的影響，因此，在進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)驗(yàn)時(shí)要考慮到這些影響，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行必要的修正［3］。

（2）試件的形狀和尺寸以及受力面狀態(tài)。因?yàn)樾螤畹姆€(wěn)定性以及受力面積不同，同一種材料用不同形狀的試件進(jìn)行測(cè)量時(shí)得到的強(qiáng)度值也不同，比如，立方體試件的強(qiáng)度值要高于柱體試件的強(qiáng)度值。當(dāng)同一種材料用不同大小的試件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，大的試件測(cè)出來(lái)的強(qiáng)度值更高。同時(shí)當(dāng)試件的受力面不平整，或者當(dāng)試件的受力面被涂抹上潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑劑時(shí)，會(huì)干擾測(cè)量，導(dǎo)致測(cè)出來(lái)的強(qiáng)度值偏低。

（3）硬度計(jì)加荷速度和加荷時(shí)間的影響。當(dāng)加荷速度較快時(shí)，會(huì)導(dǎo)致測(cè)出的硬度值偏低，當(dāng)加荷速度過(guò)慢時(shí)，會(huì)延長(zhǎng)壓頭壓入的時(shí)間，還有可能會(huì)使負(fù)荷不能保持規(guī)定的時(shí)間，而且加荷速度過(guò)慢時(shí)，相當(dāng)于延長(zhǎng)加荷時(shí)間，增加了被測(cè)材料受外界環(huán)境影響的風(fēng)險(xiǎn)，也影響測(cè)得的硬度值。

（4）測(cè)量設(shè)備的影響。不同的測(cè)量設(shè)備所帶的分度值會(huì)根據(jù)設(shè)備的精度的不同而不同，用不同的設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，得出的結(jié)果的精確度不同，有時(shí)因?yàn)橐恍┰O(shè)備比較陳舊，甚至還要進(jìn)行估讀，在經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算后偏差會(huì)逐漸增大，最終會(huì)影響硬度值的準(zhǔn)確性。材料在接受測(cè)驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)機(jī)的加載同軸度也會(huì)影響測(cè)量值，電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的兩夾頭夾持材料穩(wěn)定，而且材料與夾力軸線偏離較小，但是液壓萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)材料與夾力軸線偏離，較不穩(wěn)定。

2　影響材料彈性和塑性的因素

材料在外力的作用下產(chǎn)生變形，彈性指的是當(dāng)外力去除后能完全恢復(fù)到原始形狀的性質(zhì)，而當(dāng)外力去除后，有一部分變形不能恢復(fù)，這種性質(zhì)就是材料的塑形。

2.1內(nèi)部因素

在分析影響材料彈性和塑性的因素時(shí)，我們經(jīng)常考慮的是金屬材料的彈性和塑性。那么影響金屬因素的內(nèi)部因素有化學(xué)成分，即雜質(zhì)和金屬元素。

2.2外部因素

影響金屬塑性的外部因素和影響金屬硬度的因素相同，但是影響的原理不同。在這里以比較典型的兩個(gè)影響因素來(lái)做分析。

（1）溫度的影響。金屬塑性會(huì)受到溫度的影響，是因?yàn)樵诟邷厍闆r下，一般金屬的延伸性都會(huì)變強(qiáng)，可塑性也會(huì)變強(qiáng)。而且一些金屬晶粒較大或者金屬內(nèi)存在化合物，導(dǎo)致金屬材料的塑性會(huì)出現(xiàn)不隨溫度上升而加強(qiáng)的現(xiàn)象。在低溫情況下，特別是超低溫情況下，金屬的塑性和彈性就會(huì)大大減弱，金屬脆性加強(qiáng)，更易斷裂，被破壞。

（2）變形狀態(tài)的影響。另一點(diǎn)比較典型的就是變形狀態(tài)對(duì)金屬塑性的影響，變形狀態(tài)有兩種：壓縮變形和延伸變形。壓縮變形我們可以理解為把金屬進(jìn)行壓縮，在這個(gè)壓縮的過(guò)程中金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)更加緊密，孔隙變小，受外部因素影響的可能性變小，更好地保護(hù)了金屬的純度，儲(chǔ)存了金屬的塑性，這也就更有利于金屬塑性的釋放；而延伸變形就剛好相反，把金屬進(jìn)行延伸，金屬的延伸性隨著延伸的面積的增大而逐漸減弱，因?yàn)檫@擴(kuò)大了金屬與外界接觸的面積，增加了金屬受外界因素影響而降低塑性的可能性，金屬的塑性也就逐漸降低。最好的釋放金屬塑性的變形方法就是兩向壓縮一向延伸。

3　影響材料脆性與韌性的因素

影響材料韌性和脆性的因素也分為外部因素和內(nèi)部因素，外部因素指的就是加載速率和試件的厚度，而內(nèi)部因素指的就是材料的組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分以及晶粒尺寸的影響，而化學(xué)成分中又分為雜質(zhì)和合金元素，對(duì)一些金屬材料而言還有碳元素的影響，我們主要分析一下碳元素和晶粒尺寸對(duì)材料韌性的影響。晶粒的大小對(duì)金屬的韌性也有著比較大的影響。當(dāng)某種材料晶粒很小，面積很大時(shí)，要想破壞材料需要消耗更多的外力，這是因?yàn)榱鸭y在晶界面擴(kuò)展時(shí)需要消耗更多的能量。因此，一般情況下，晶粒越小，材料的韌性就會(huì)越強(qiáng)，材料的強(qiáng)度也會(huì)越大。

4　結(jié)束語(yǔ)

隨著材料的廣泛應(yīng)用和不斷發(fā)展，材料的力學(xué)性質(zhì)越來(lái)越受到重視，了解影響材料力學(xué)性質(zhì)的因素，在測(cè)量過(guò)程中關(guān)注這些問(wèn)題，盡量避免由于這些因素帶來(lái)的材料力學(xué)性能檢測(cè)的失誤，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

［1］李強(qiáng)，鄧代強(qiáng)，李向東. 深井充填材料力學(xué)特性影響因素分析［J］. 現(xiàn)代礦業(yè)，2015（07）:47-48.

［2］鄧代強(qiáng)，高永濤，姚中亮. 膠結(jié)充填材料力學(xué)特性影響因素回歸分析［J］. 有色金屬工程， 2008，60（4）:120-124.

（責(zé)任編輯：吳湘銀）

中圖分類號(hào)：TU501

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.092

文章編號(hào)：1672–7304（2016）01–0199–02

作者簡(jiǎn)介：蘇星（1983-），女，甘肅慶陽(yáng)人，講師，研究方向：土木工程。

The influence factors of material mechanical properties analysis

SU Xing
（Longdong University， Qingyang Gansu 745000）

Abstract:Along with the development of contemporary science and technology， more and more new materials， and in the actual engineering application， analysis of material mechanical properties become very important and very complex. This article will combine to measure the whole process of material mechanical properties， combined with the basic concept， the mechanical properties of the material analysis of the factors affecting the mechanical properties of materials.

Keywords:Material mechanics properties； Material mechanics performance testing； Factors affecting