力学性能如何测

杜佩桦

读者小玉问：课本上“力”这章提到了材料的力学性能对生产制造是很重要的。那么在现实中。人们是如何测量材料力学性能的呢？

材料在生产制造和使用过程中都会受到各种各样的力，按照受力后的变化，可以将材料分为三类：弹性材料、脆性材料、塑性材料。假如我們用这三种材料分别做一个圆棒。同定住圆棒的一端，然后用力拉它的另一端，如图1所示，我们发现圆棒会被慢慢地拉长，但是它们伸长的规律是不一样的。

（1）弹性材料：随着施加在圆棒上的力（其大小在一定范围内）的逐渐增大，弹性材料会被迅速拉长，且被拉长的距离随着力的增大而线性增大：去除施加的力后，弹性材料可以恢复到初始状态。弹性材料不容易发生断裂，可以被拉得很长，常见的弹性材料有天然橡胶及人工合成橡胶等。

（2）脆性材料：随着施加在圆棒上的力（其大小在一定范围内）的逐渐增大，脆性材料不会被明显拉长；去除施加的力后，脆性材料也可以恢复到初始状态。与弹性材料不同，脆性材料在发生非常小的形变时就会发生断裂，常见的脆性材料有玻璃、陶瓷等。

（3）塑性材料：在较小的力的作用下，塑性材料会进入弹性阶段，去除施加的力后。塑性材料可以恢复到初始状态：随着施加在圆棒上的力的逐渐增大，塑性材料会进入塑性阶段，去除施加的力后，塑性材料不会恢复到初始状态，而是出现明显增长的现象，常见的塑性材料有钢铁、铝合金等金属。

三种不同的材料受力后的变化如图2所示。

生产制造过程中，为了更好地评价产品是否符合使用要求，我们常常需要对材料进行力学性能测试。力学性能测试的本质是测量样品形状的变化与所受的力的关系。如图3所示，测试方法除了前面提到的拉伸测试。还有压缩测试、扭转测试、弯曲测试、撞击测试等，测试样品的形状可以是长条、圆棒、方块、薄板等。

测试完力学性能后，我们常常需要进一步计算材料的各项指标，常用到的物理指标有：