剛度、強(qiáng)度、硬度、撓度、彈性、韌性、剛性和塑性的區(qū)別，多少人真的懂？

在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，剛度、強(qiáng)度、硬度、撓度、彈性、韌性、剛性和塑性是描述材料力學(xué)性能的重要概念。這些概念雖然相互關(guān)聯(lián)，但各自具有獨(dú)特的定義和實(shí)際應(yīng)用。本文將詳細(xì)闡述這些概念的區(qū)別，并通過實(shí)例加以說明。

一、剛度（Stiffness）

定義：剛度是指材料或結(jié)構(gòu)在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。它是材料固有抗變形特性的反映，核心指標(biāo)是彈性模量（Young's modulus，E），計(jì)算公式為剛度=應(yīng)力/應(yīng)變（E=σ/ε）。

實(shí)例：以鋼和橡膠為例，用同樣的力拉伸它們，鋼幾乎不變形，而橡膠則會(huì)被明顯拉長。這是因?yàn)殇摰膭偠缺认鹉z高得多，即鋼在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力更強(qiáng)。

與其他概念的區(qū)別：剛度是材料屬性，與材料的彈性模量直接相關(guān)，而與其他如強(qiáng)度、硬度等概念無直接聯(lián)系。剛度描述的是材料在彈性變形范圍內(nèi)的性能，而強(qiáng)度則關(guān)注的是材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。

二、強(qiáng)度（Strength）

定義：強(qiáng)度是指材料抵抗**變形或斷裂的能力。根據(jù)抵抗變形的不同階段，強(qiáng)度可分為屈服強(qiáng)度（開始發(fā)生塑性變形的應(yīng)力）和抗拉強(qiáng)度（斷裂前能承受的**應(yīng)力）等。

實(shí)例：鋼筋強(qiáng)度高，可以承受較大的拉力而不斷裂，因此常被用作建筑結(jié)構(gòu)中的承重材料；而粉筆強(qiáng)度低，輕輕一掰就會(huì)斷裂。

與其他概念的區(qū)別：強(qiáng)度關(guān)注的是材料在受力過程中抵抗破壞的能力，與剛度不同，它不僅僅局限于彈性變形范圍內(nèi)。硬度雖然也與材料的抵抗變形能力有關(guān)，但硬度更側(cè)重于材料表面抵抗局部壓入或劃痕的能力。

三、硬度（Hardness）

定義：硬度是指材料表面抵抗局部壓入或劃痕的能力。它是材料抗磨損能力的一個(gè)重要指標(biāo)，測試方法包括布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、維氏硬度（HV）等。

                   幾種硬度測試方法對(duì)比

實(shí)例：鉆石是自然界中最硬的物質(zhì)之一，可以輕松劃傷其他材料；而橡皮則硬度極低，很容易被劃傷。

與其他概念的區(qū)別：硬度是一個(gè)綜合力學(xué)性能指標(biāo)，與材料的彈性、強(qiáng)度、塑性等都有關(guān)系。但與剛度相比，硬度更側(cè)重于材料表面的局部抵抗能力；與強(qiáng)度相比，硬度則更關(guān)注材料在抵抗局部壓入或劃痕時(shí)的表現(xiàn)。

四、撓度（Deflection）

定義：撓度是指結(jié)構(gòu)在受力時(shí)產(chǎn)生的彈性變形位移量。它與載荷大小、材料剛度（E）和結(jié)構(gòu)幾何形狀相關(guān)。

實(shí)例：當(dāng)一塊木板搭在兩頭，中間站人時(shí)，木板會(huì)向下彎曲一定的幅度，這個(gè)幅度就是撓度。

與其他概念的區(qū)別：撓度描述的是結(jié)構(gòu)在受力時(shí)的整體變形情況，與材料的剛度直接相關(guān)。剛度越大，結(jié)構(gòu)在受力時(shí)產(chǎn)生的撓度就越小。與強(qiáng)度相比，撓度更關(guān)注結(jié)構(gòu)在彈性變形范圍內(nèi)的變形情況，而不涉及材料的破壞問題。

五、彈性（Elasticity）

定義：彈性是指材料在卸載后恢復(fù)原始形狀的能力。它是材料固有的一種性質(zhì)，彈性極限是材料能完全恢復(fù)變形的**應(yīng)力值。

      彈性變形示意圖，變形可以完全恢復(fù)

實(shí)例：橡皮筋拉伸后松開可以回彈到原始長度，彈簧受壓后也可以恢復(fù)原長，這些都是材料彈性的表現(xiàn)。


與其他概念的區(qū)別：彈性與剛度密切相關(guān)，因?yàn)閯偠染褪敲枋霾牧系挚箯椥宰冃蔚哪芰?。但彈性更?cè)重于描述材料在卸載后的恢復(fù)能力，而剛度則更關(guān)注材料在受力時(shí)的抵抗變形能力。與塑性相比，彈性描述的是材料在變形后可以完全恢復(fù)的性質(zhì)，而塑性則是指材料在變形后無法完全恢復(fù)的性質(zhì)。

六、韌性（Toughness）

定義：韌性是指材料在斷裂前吸收能量的能力。它是材料強(qiáng)度與塑性的綜合體現(xiàn)，指標(biāo)包括沖擊韌性（單位體積吸收的能量）和斷裂韌性（抗裂紋擴(kuò)展能力）等。

實(shí)例：防彈玻璃韌性高，在受到?jīng)_擊時(shí)可以吸收大量能量而不碎裂；而陶瓷韌性低，受到?jīng)_擊時(shí)容易直接破碎。

與其他概念的區(qū)別：韌性是一個(gè)綜合性能指標(biāo)，它既與材料的強(qiáng)度有關(guān)（因?yàn)閺?qiáng)度決定了材料抵抗破壞的能力），又與材料的塑性有關(guān)（因?yàn)樗苄詻Q定了材料在變形過程中可以吸收多少能量）。與剛度相比，韌性更關(guān)注材料在斷裂前的能量吸收能力，而不是抵抗彈性變形的能力。

七、剛性（Rigidity）

定義：剛性是指結(jié)構(gòu)整體抵抗變形的能力。它與材料的剛度和結(jié)構(gòu)的幾何形狀（如截面尺寸）都相關(guān)。

實(shí)例：兩根長度和材質(zhì)相同的梁，如果截面尺寸不同，那么截面尺寸較大的梁剛性就更大，即抵抗變形的能力更強(qiáng)。

與其他概念的區(qū)別：剛性是結(jié)構(gòu)屬性，而不是材料屬性。它描述的是整個(gè)結(jié)構(gòu)在受力時(shí)的抵抗變形能力，而不僅僅是材料本身的性質(zhì)。與剛度相比，剛性更側(cè)重于描述結(jié)構(gòu)的整體性能，而不是材料的局部性能。

八、塑性（Plasticity）

定義：塑性是指材料在超過彈性極限后發(fā)生**變形而不斷裂的能力。它是材料在受力過程中發(fā)生塑性變形的一種性質(zhì)，指標(biāo)包括延伸率（拉伸后長度變化百分比）和斷面收縮率等。

實(shí)例：金屬在沖壓過程中可以發(fā)生塑性變形而不斷裂，從而被加工成各種形狀；黏土在捏塑過程中也可以發(fā)生塑性變形并保持形狀。

與其他概念的區(qū)別：塑性與彈性相對(duì)，描述的是材料在變形后無法完全恢復(fù)的性質(zhì)。與強(qiáng)度相比，塑性更關(guān)注材料在變形過程中的表現(xiàn)，而不是抵抗破壞的能力。與韌性相比，塑性雖然也是描述材料在變形過程中的性質(zhì)，但韌性更側(cè)重于材料在斷裂前的能量吸收能力，而塑性則更關(guān)注材料在變形過程中的**變形能力。

總結(jié)

剛度、強(qiáng)度、硬度、撓度、彈性、韌性、剛性和塑性是描述材料力學(xué)性能的重要概念。它們各自具有獨(dú)特的定義和實(shí)際應(yīng)用，但又相互關(guān)聯(lián)、相互影響。在實(shí)際工程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和要求來選擇合適的材料，并充分考慮這些力學(xué)性能指標(biāo)對(duì)材料性能的影響。通過對(duì)這些概念的理解和掌握，可以更好地進(jìn)行材料的選擇和設(shè)計(jì)，從而滿足各種工程應(yīng)用的需求。