有些同學對于材料的剛度，強度，硬度沒有深刻區别和理解，這篇文章我們就探讨一下材料的靜态力學性能，從剛度，強度，硬度，還有塑性四個方面開展論述：

剛度：（stiffness）：

剛度是指材料對于彈性變形的抗力，用彈性模量或者楊氏模量來表征，材料的剛度越大，楊氏模量越大，其公式是：

常見材料的楊氏模量如下圖：

上圖從左到依次為金屬，高分子材料（包括塑料，橡膠等），陶瓷材料，複合材料（玻璃纖維增強複合材料GFRP，碳釺維增強複合材料CFRP，木聚合闆Plywood等）

強度（strength）：

就是材料抵抗破壞的能力，更具體的說，是材料在靜力作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。強度和材料的應力密不可分。工程材料的強度一般分為兩種，一種是抗拉強度，一種是屈服強度。

首先，屈服強度用如下公式表示：

其中Fs表示産生屈服時材料受到的載荷或者力，S0表示材料的原始截面積。單位是和壓強的單位一模一樣的，為Pa,Mpa或者Gpa，不再贅述。值得注意的是，我們研究強度的時候，一般都是截取一個截面做分析。

其次，抗拉強度（這裡我們不讨論抗壓強度），的公式為：

其中Fb表示産生破壞時候（具體對于受拉力測試的材料來說就是拉斷的時候）材料受到的載荷或者力，S0表示材料的原始截面積。單位是和壓強的單位一模一樣的，為Pa,Mpa或者Gpa，不再贅述。

塑性（Plasticity）：

塑性就是材料産生塑性變形而不被破壞的能力，主要用兩個物理量來表征，分别是伸長率和斷面收縮率，其公式分别為：

伸長率：

其中L1是材料拉斷前的标距（标定長度），L0是材料原始的标距（标定長度），顯然單位為1，或者沒有單位。

斷面收縮率：

其中，其中S1是材料拉斷前的截面積，S0是材料原始的截面積，顯然單位仍然為1，或者沒有單位。

如下圖，材料拉伸實驗中的斷裂形式一般有兩種，一種是塑性斷裂，如下圖，這就意味着，此種材料的塑性較好。此種材料也可以被稱作塑性材料。

另外一種為脆性斷裂。如下圖，我們可以清楚的看到，這裡的斷面收縮率幾乎為0。我們把這種叫做脆性材料。

值得一提的是，脆性材料和塑性材料有不同的應力應變曲線。下面是不同材料的應力應變曲線。我們可以看出，脆性材料是沒有屈服階段的。

硬度：（Hardness）

硬度是衡量材料軟硬程度的指标，表示材料在表面局部體積内抵抗變形，特别是塑性變形，劃痕，或者壓痕的能力叫做硬度。

硬度的測量方法一共有三種，分别是：壓痕法，回調法，和刻痕法。

硬度的表示方式常見的也有三種，分别為：布氏硬度，洛氏硬度，維氏硬度等。

最後我們來辨别一下，硬度，剛度和強度。生活中我們口頭上有時候說某件東西的硬度的時候，其實應該是在讨論它的剛度或者強度。而在工程實際問題中，硬度主要指的是表面硬度。而強度和破壞或者斷裂相關，剛度和變形相關。

下一篇我們将分别詳細介紹常見材料的硬度以及它們之間的相互轉化。

此篇完。

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