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职称驿站所属分类:材料科学论文发布时间:2019-10-26 09:47:29浏览:1

材料力学与材料性能学本无从属关系,但材料机械性能改称材料力学性能后,自然成了材料力学的一部分,同时又引起另一种相反的误解。这种关系相互混淆及其因果值得研讨。分析可知,仍定名“材料机械性能”有利于澄清这种概念性问题。

   摘 要:材料力学与材料性能学本无从属关系,但材料机械性能改称材料力学性能后,自然成了材料力学的一部分,同时又引起另一种相反的误解。这种关系相互混淆及其因果值得研讨。分析可知,仍定名“材料机械性能”有利于澄清这种概念性问题。

  关键词:材料力学;材料性能学;属种关系;材料力学实验;材料机械试验

  中图分类号:N04;H059;TH文献标识码:A

  DOI:10.3969/j.issn.1673-8578.2019.04.009

功能材料信息

  《功能材料信息》本刊以马列主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导,全面贯彻党的教育方针和“双百方针”,理论联系实际,开展教育科学研究和学科基础理论研究,交流科技成果,促进学院教学、科研工作的发展,为教育改革和社会主义现代化建设做出贡献。

  术语的语义范围必须准确,与相似的概念相区别。材料术语mechanical properties早年定名“机械性能”,改称“材料力学性能”后逐渐暴露出不少问题,最近又发现它与材料力学归属的矛盾,出现另一个概念性问题。 材料力学是固体力学的分支学科,与材料科学或材料性能学没有从属关系。当材料术语mechanical properties定名“机械性能”时,以及即使刚开始有人改称“力学性能”时,这个概念也很清晰。如1990年出版的《材料力学》[1]中“材料性能”只是全书九章中第一章基本概念(共9节)中的一小节。但改称“材料力学性能”后自然会引起误解,认为它属于材料力学,郭战胜老师[2]就阐述,“从材料力学名字本身就可知其研究内容分属两个学科。第一个是固体力学,…统称为应力分析。第二个是材料科学中材料力学行为,即研究材料…的宏观力学性能和失效行为”,持有同样观点的还有范钦珊[3]、倪樵[4]等老师,明确认为材料力学的内涵包含材料性能学,并将材料力学性能试验归入材料力学实验。在这种理念指导下,材料力学课程都将材料性能的内容从原只有一小节扩大到单独成章,以示包含“力学性能”,但实际上仍是简要介绍,谈不上专业课程。 而另一些学者正好相反,认为材料力学属于材料力学性能学科,如《材料力学性能》[5]阐述:“材料力学所研究的内容仅限于均匀、连续、各向同性材料的弹性力学行为,不涉及或很少涉及微观机理、塑性变形和断裂行为,…可以说材料力学是材料力学行为(或性能)学科的分支和基础。” 这两种理念都认为材料力学和材料性能学存在属种关系,而属种概念正好相反。此外还有学者认为材料力学是固体力学与工程材料学的边缘学科。这些是概念上的混淆,理由如下。

  1. 英文materials可意指原材料,又可是器材或部件。材料力学的“材料”,实际指装配成机械(各种装置、工程结构)的构件等,因此称构件力学更确切。而材料性能学的“材料”是制造构件或机件的物质,它偏重于内部化学组成、生产工艺和组织。因此虽然研究对象都是“材料”,实际截然不同,这决定了该两学科并不存在属种关系,材料力学也不是边缘科学。

  2.材料力学是将机械(装置)中的构件简化为杆件,研究其应力、变形和稳定性,选择适当的材料和截面形状及尺寸,为设计出既安全又经济的构件提供理论依据和计算方法。它仅与选材有关,但实际工程中对重要构件的选材要由材料工作者决定和签字。而工程材料学是研究材料成分及其合成、组织结构、工艺、性能与用途之间有关知识,以提高原材料的综合性能。材料力学与材料mechanical properties中的许多性能:工艺性能(压扁、弯曲和扩口等性能)、伸长率和冲击韧性等都没有直接关系,其应力分析也与规定应力状态下的材料强度性能不一样。可知,这两个学科在研究对象、目的任务、假设条件、试验设备和方法以及结果上都不同,是性质不同的两种学科,基本互不包容,不是属种关系。

  3. 材料mechanical properties的歸属早已明确。根据“术语在线”(http://www. termonline.cn)公布的名词来看,即使将它称为“力学性能”,也只适用于冶金学、材料科学、机械工程学科,不属于力学(也不属于材料力学)。力学的性能不属力学岂不矛盾。在工程上,通常上述三个行业的关系是,冶金行业根据机械(定义:用力学原理组成的各种装置,如火箭、核容器,广义上包括桥梁等[6])构件的要求生产材料,供机械行业使用,材料的性能指标来自机械构件的服役和工艺制作要求,因此称为“机械性能”更合适。自改称“材料力学性能”后产生许多问题和矛盾[7-10],现在又出现了上述两种学科内涵和归属上的误解和混淆。

  4. 在文字逻辑上,如称“材料力学性能”则当然属于材料力学,就像平行四边形属于四边形。但材料性能学并不属于材料力学,就像三角形不属于四边形,这是基本概念。上已述它们是性质不同的两种学科,术语mechanical properties of materials也不是properties of mechanics of materials,因此不应称为“材料力学”的性能,宜称“材料机械性能”。力学是总称,它由各下位力学学科组成。材料性能学中最重要的理论基础是静力学和动力学(并不是材料力学),但并无静力学性能或动力学性能,即力学通常不以性能为表征。

  5.行为与性能。许多学者将“力学性能”定义为“力学行为”[11-14],但行为是各种各样外部表现,具有普遍性和随意性,不等于性能。性能具有专属性和指标性。如列车开得慢或快、装得多或少都是行为,其经济速度、最高速度和满载量才能称火车性能。以材料拉伸试验为例,不同退火、正火和各种调质规范可得到许许多多强度和塑性数据,都只是拉伸行为,只有针对有关构件的使用条件定量化、指标化才是术语意义上的材料的性能。《Mechanical properties中文名的演变过程及其定义》[7]《定名机械性能依据和改称力学性能的问题》[8]和《Mechanical properties的正名是机械性能》[9]论证了mechanical properties正名应称“机械性能”的根据。 同时对于以mechanical表述的力学行为,其表征绝大多数规范定名冠以“机械”,不是“力学”。如用力做的功称“机械功”,用力学解释自然的观点称机械自然观,力学中的运动定名机械运动,这都表明有关术语中 “机械”作为修饰词都具有力学的意思[9,15]。同样在材料试验研究中所呈现的力学行为的要素也都冠以“机械”:与试样上施加的力有关的应变称“机械应变”,与外力有关的其他行为分别定名为:“机械应力”“机械强度”“机械力”等,都不冠以“力学”。同样,材料在外力作用下显示的与应力—应变有关的性能也应定名“机械性能”,mechanical testing应定名机械试验,这是一脉相承的完整体系。

  6.材料力学实验与材料性能试验。由于GB/T10623等将mechanical testing由“机械试验”被改译为“材料力学性能试验”后,现在几乎所有的“材料力学实验”的重要内容都包括材料力学性能试验[16-18],这看来名副其实,但据上所述,这种观点存在问题。当然首先是两者所指的“材料”不同。其次材料力学中的理论和公式,大多是在一定的假设和简化的基础上导出的,为验证这些理论和公式的准确性和应用范围需要进行实验。如矩形截面梁弯曲正应力实验、桁架桥的受力分析及实验、三脚架结构应力与内力测试实验等,这些是真正具有力学性质的“材料力学实验”,其英文名为experiments of mechanics of material。而材料性能试验只是相同地大量地重复测定试样的数据,整理数据只用简单的算术公式,常用于检验材料的质量,以及求证材料成分配比或工艺规范的正确性。力学实验与性能试验两者的性质、方法、所用设备仪器和得到的结果都不相同。同时英文名也不一样,材料性能试验是mechanical testing of materials。《Mechanical properties的正名是机械性能》[9]和《杂议由“机械”组成的科技术语的定名》[15]论证了它称为“机械试验”为宜,在此不赘述,仅举一例。美国材料协会标准ASTM A179(A178,A192,214等)中mechanical tests required为:压扁试验、扩口试验、卷边试验、硬度试验和水压试验,都是机件的生产工艺需要的试验,大多试验结果是肉眼看看有无产生裂纹,不是力学参数,这些试验得到的工艺性能和质量要求从不认作力学性能,显然有别于“力学试验”。

  综上所述,材料力学与材料性能学所指的“材料”概念截然不同,两者在内涵和外延上互不包含,没有属种关系。将材料mechanical properties改称“材料力学性能”后自然和必然会被误认为隶属于材料力学,产生许多误解和矛盾,还其材料机械性能的本质有利于澄清概念。

  参考文献

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《从材料力学与材料性能学的内涵看改称力学性能的问题》

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文章名称:从材料力学与材料性能学的内涵看改称力学性能的问题

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