工程材料力学性能影响因素研究

苏 星（陇东学院，甘肃 庆阳 745000）



工程材料力学性能影响因素研究

苏 星
（陇东学院，甘肃 庆阳 745000）

摘 要：随着当代科学技术的发展，产生了越来越多新材料，而在实际的工程运用中，分析材料的力学性质变得十分重要而且非常复杂，文章对材料力学性质进行分析，总结期影响因素，以供实践应用借鉴。

关键词：材料力学性质；材料力学性能检测；影响因素

材料的基本力学知识指的是材料的强度和强度，材料的弹性和塑性，以及材料的脆性和韧性，为了判定一种材料的力学性质，我们需要对其进行性能检测，在这个检测过程中，我们会发现，在不一样的条件下，材料力学的性质也会不同。除了受到检测条件的影响外，材料力学性质还会受到材料的结构，材料的组成等材料自身的一些性质的影响。

1　影响材料强度和强度的因素

1.1材料自身性质的影响

（1）材料的组成和材料的构造。材料的强度受材料组成的影响，材料组成不同，材料的构造方式也不同，从而会影响材料的强度。而这里面的材料的组成不同，指的是合成某种材料所用的原材料不同，材料的构造不同就是指这些原材料在合成时所遵循的比例和复合方式的不同。

（2）材料的孔隙率和孔隙特征。孔隙率指的是散粒状材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的比例。孔隙特征分为开口和闭口两种。对于同一品种的材料而言，材料的强度和孔隙率成反比关系，当空隙率越大，强度越小，反之孔隙率越小，强度越大。同时导热材料和吸音材料对孔隙的大小有着相反的要求，但这并不属于材料的力学性质，我们在这里不再做深入的研究。

（3）材料龄期的影响。龄期对材料强度的影响主要体现在对混凝土材料的影响。在一定的时期内，通常为在一定的养护时间内，混凝土材料的硬度都会随着保养时间的增加而增加，但是在达到一定的时间后，混凝土材料的硬度不再发生变化，或者会随着保养时间的延长发生缓慢的变化，有些混凝土材料的硬度甚至会随着时间的延长而变小［1-2］。

1.2力学性能测验中外界条件的影响

（1）温度和湿度的影响。在进行材料力学性能检测时，要注意室温的恒定和适宜。比如，在测量金属材料室温拉伸试验时，要注意将室内温度保持在 10-35℃，因为在这样的温度下，对材料试验机所造成的微小影响是可以忽略不计的，但是对高精度的电子载荷传感器，或者某些对温度变化很敏感的特殊材料，比如热敏陶瓷电阻，热电偶材料，铂热电阻等，会造成一定的影响，因此，在进行力学性能测验时要考虑到这些影响，并对实验结果进行必要的修正［3］。

（2）试件的形状和尺寸以及受力面状态。因为形状的稳定性以及受力面积不同，同一种材料用不同形状的试件进行测量时得到的强度值也不同，比如，立方体试件的强度值要高于柱体试件的强度值。当同一种材料用不同大小的试件进行测量时，大的试件测出来的强度值更高。同时当试件的受力面不平整，或者当试件的受力面被涂抹上润滑油，润滑剂时，会干扰测量，导致测出来的强度值偏低。

（3）硬度计加荷速度和加荷时间的影响。当加荷速度较快时，会导致测出的硬度值偏低，当加荷速度过慢时，会延长压头压入的时间，还有可能会使负荷不能保持规定的时间，而且加荷速度过慢时，相当于延长加荷时间，增加了被测材料受外界环境影响的风险，也影响测得的硬度值。

（4）测量设备的影响。不同的测量设备所带的分度值会根据设备的精度的不同而不同，用不同的设备进行测量，得出的结果的精确度不同，有时因为一些设备比较陈旧，甚至还要进行估读，在经过复杂的计算后偏差会逐渐增大，最终会影响硬度值的准确性。材料在接受测验时，试验机的加载同轴度也会影响测量值，电子万能试验机的两夹头夹持材料稳定，而且材料与夹力轴线偏离较小，但是液压万能材料试验机材料与夹力轴线偏离，较不稳定。

2　影响材料弹性和塑性的因素

材料在外力的作用下产生变形，弹性指的是当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质，而当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质就是材料的塑形。

2.1内部因素

在分析影响材料弹性和塑性的因素时，我们经常考虑的是金属材料的弹性和塑性。那么影响金属因素的内部因素有化学成分，即杂质和金属元素。

2.2外部因素

影响金属塑性的外部因素和影响金属硬度的因素相同，但是影响的原理不同。在这里以比较典型的两个影响因素来做分析。

（1）温度的影响。金属塑性会受到温度的影响，是因为在高温情况下，一般金属的延伸性都会变强，可塑性也会变强。而且一些金属晶粒较大或者金属内存在化合物，导致金属材料的塑性会出现不随温度上升而加强的现象。在低温情况下，特别是超低温情况下，金属的塑性和弹性就会大大减弱，金属脆性加强，更易断裂，被破坏。

（2）变形状态的影响。另一点比较典型的就是变形状态对金属塑性的影响，变形状态有两种：压缩变形和延伸变形。压缩变形我们可以理解为把金属进行压缩，在这个压缩的过程中金属内部的组织结构更加紧密，孔隙变小，受外部因素影响的可能性变小，更好地保护了金属的纯度，储存了金属的塑性，这也就更有利于金属塑性的释放；而延伸变形就刚好相反，把金属进行延伸，金属的延伸性随着延伸的面积的增大而逐渐减弱，因为这扩大了金属与外界接触的面积，增加了金属受外界因素影响而降低塑性的可能性，金属的塑性也就逐渐降低。最好的释放金属塑性的变形方法就是两向压缩一向延伸。

3　影响材料脆性与韧性的因素

影响材料韧性和脆性的因素也分为外部因素和内部因素，外部因素指的就是加载速率和试件的厚度，而内部因素指的就是材料的组织结构和化学成分以及晶粒尺寸的影响，而化学成分中又分为杂质和合金元素，对一些金属材料而言还有碳元素的影响，我们主要分析一下碳元素和晶粒尺寸对材料韧性的影响。晶粒的大小对金属的韧性也有着比较大的影响。当某种材料晶粒很小，面积很大时，要想破坏材料需要消耗更多的外力，这是因为裂纹在晶界面扩展时需要消耗更多的能量。因此，一般情况下，晶粒越小，材料的韧性就会越强，材料的强度也会越大。

4　结束语

随着材料的广泛应用和不断发展，材料的力学性质越来越受到重视，了解影响材料力学性质的因素，在测量过程中关注这些问题，尽量避免由于这些因素带来的材料力学性能检测的失误，保证检测结果的准确性。

参考文献：

［1］李强，邓代强，李向东. 深井充填材料力学特性影响因素分析［J］. 现代矿业，2015（07）:47-48.

［2］邓代强，高永涛，姚中亮. 胶结充填材料力学特性影响因素回归分析［J］. 有色金属工程， 2008，60（4）:120-124.

（责任编辑：吴湘银）

中图分类号：TU501

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.092

文章编号：1672–7304（2016）01–0199–02

作者简介：苏星（1983-），女，甘肃庆阳人，讲师，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