弹性模量反映材料内部原子间结合键的强弱，一 般随温度升高而逐渐降低，与显微组织及其热处理工 艺无关。
弹性模量表征材料对弹性变形的抗力。其值愈大， 材料产生一定量的弹性变形所需要的应力愈大，工程 上也称E为材料的刚度。
需要指出的是，材料的刚度和零部件的刚度不是 一回事。提高零部件刚度的办法主要是增加零部件的 横截面积或改变截面形状。
σ= F/A0， ε=∆l/l0 =(l-l0)/l0×100％
σ：试样单位面积上的拉伸应力（MPa），
(8-1)
注：与截面垂直的应力叫拉应力，与截面平行的叫剪应力。
ε：试样上的拉伸应变（m/m）；
F：试样上的外力（N）1kg=9.8N；
A0: 试样的原始截面积（m2）； l: 试样拉伸变形后的实际长度（m）；
3.强度
材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力， 称为强度。
根据载荷的不同，强度可分为屈服强度、抗拉强 度、抗弯强度、抗扭强度和断裂强度等。
(1) 屈服强度
屈服强度表征材料发生明显塑性变形时的抗力。
在拉伸过程中，载荷不增加但试样继续伸长的现
象称为屈服。屈服时对应的应力称为屈服强度，记为
σs,可由下式求出:
通过力与位移传感器可获得载荷F(P)与试样伸长 量l之间的关系曲线，即拉伸曲线,如图8-3所示。
图8-2 拉伸机示意图
拉伸试验可以确定材料在静载作用下的力学行为， 即弹性变形、塑性变形、断裂失效的三个基本过程， 进而确定材料最基本的力学性能指标。
图8-3 碳钢应力应变曲线图
用纵坐标表示应力σ，横坐标表示应变ε，这时 的拉伸曲线与试样尺寸无关，称为应力-应变曲线或 σ-ε曲线，见图8-3。
第八章 固体材料的基本性能
8.1 材料的性能 当材料作为结构或器件使用时，必须考虑二大性
能：使用性能和工艺性能。同时还要考虑性价比。 （1） 使用性能
力学性能、物理性质和化学性质。 （2） 工艺性能
成型过程中适应加工及其连接的性能。 1） 金属的铸造、锻压、切削、热处理、焊接等。 2） 陶瓷的制粉、成型与烧结等。 3） 聚合物的成型、流变、挤出、注塑、连接等。
这些性能直接关系到材料的使用效能、成本、成 型过程中的难易程度以及制品的质量控制等。
8.2 金属的性能
8.2.1 力学性能 金属的力学性能，有时也称机械性能，是指材
料在载荷和环境因素（温度、介质）联合作用下所 表现出抵抗变形和断裂的能力，包括强度、塑性、 韧性、硬度、疲劳、断裂等。
外加载荷的作用形式如图8-1所示。 通常在试验室里模拟结构的实际使用条件，用 以确定结构的破坏方式和承载能力。
不同的试验方法可以测定材料特有的力学性能 及其性能指标。性能指标是材料在设计、选用、工 艺评定、质量检验及控制的重要依据。
以下是几种常用的力学性能指标及测定方法。
图8-1 外力载荷的作用类型
1. 拉伸应力-应变曲线 将材料加工成圆棒或板形的光滑试样装夹在拉伸
试验机上(图8-2)，沿试样轴向以一定速度施加载荷， 使其发生拉伸变形直至断裂。
E1= Ef Vf + Em Vm
(8-6)
其中， E1为复合材料的纵向弹性模量； Ef 、Em 分别为纤维和基体的弹性模量； Vf 、Vm 分别为纤维和基体的体积分数。
同理， E2为横向弹性模量,可计算为：
1 / E2 = Vf /Ef + Vm / Em
(8-7)
(2)弹性极限
材料产生微量塑性变形的抗力，记为σe，用下式 表示:
l0: 试样的原始标距长度，通常为圆棒直径d的10倍（m）。
如果截面上作用剪切力S（Q）（图8-4）,剪应力 与剪应变的关系可表示为：
τ = S/F0， γ = a/h=tanθ
(8-2)
τ:试样截面上的剪应力（ MPa）；
γ:试样上的剪应变（m/m）;
S :试样上的剪切力（N)； a :试样的剪切位移（m）； θ :剪切角变形（度）；
常用塑性指标有伸长率δ和断面收缩率ψ。其数 值由下式求出：
δ=[(l1 - l0)/ l0]×100 %
(8-11)
ψ=[(A0 - Ak)/A0 ]×100 %
(8-12)
式中l0为试样原始标距长度；l1为试样断裂后标距的长 度；A为试样原始截面积；Ak为试样断裂处截面积。
试样能承受的最大载荷除以原始截面积所得的应
力称为抗拉强度，记为σb, 即:
σb = Fb / A0
(8-10)
抗拉强度是材料在拉伸条件下能够承受最大载荷 的应力值, 是表征材料对最大均匀变形的抗力。
脆性材料由于没有明显的屈服强度σs ，在强度
设计时常用σb来计算。
4.塑性
材料断裂前发生塑性变形的能力叫塑性。
h :剪切力作用的高度（m）
图8-4 受剪切力的变形
2.弹性
材料在外力作用下产生变形，外力去除后变形完 全消失，材料恢复原状，这种可逆变形叫弹性变形。
(1)弹性模量
在弹性变形阶段，材料的应力与应变成正比关系， 两者的比值称为弹性模量（MPa），记为E,
E =σ/ε
(8-3)

（8-3）式也称为虎克定律（Hook’s 定律）。
σe = Fe/A0
(8-8)
式中Fe：弹性极限载荷，通常很难确定。
在国家标准中把产生0.01%残余伸长所需的应力作 为规定的弹性极限，记σ0.01。
(3)弹性滞后
实际工程材料，特别是高分子，加载后应变不立 即达到平衡值，卸载时变形也不马上消失，这种应变 落后于应力的现象称为弹性滞后。
对易受振动的部件，利用弹性滞后效应吸收振动 能；对仪表上的传感元件则不希望有弹性滞后现象。
如果材料受到的是剪切变形，则（8-3）式变为
G = τ/γ
(8-4)
G为抗剪模量（MPa）、τ 为剪应力（MPa）、 γ 为剪应变（mm/mm）。
G与E的关系为：
G＝E/2(1+ν)
(8-5)
ν为泊松比，是抵抗材料收缩变形的能力。
通常碳钢的ν为0.3, 陶瓷ν为0.25, 聚合物ν为0.35。
对于连续纤维增强聚合物基复合材料，其弹 性模量可计算为：
σs = Fs/A0
(8-9)
式中Fs为屈服时的外载荷。
许多材料没有明显的屈服现象。规定产生0.2%残
余伸长所对应的应力作为条件屈服强度，记为σ0.2。
(2) 抗拉强度
试样屈服后，要继续变形，需要不断增加载荷。
但载荷达到最大值Fb后，试样某一部位的截面开始急 剧缩小，出现“缩颈”致使载荷下降，直到最后断裂。