从材料力学与材料性能学的内涵看改称力学性能的问题

来源：职称驿站所属分类：材料科学论文
发布时间：2019-10-26浏览：58次

　　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

　　[1]殷有泉，邓成光.材料力学[M].北京：北京大学出版社，1990：14.

　　[2]郭战胜.材料力学[M].上海：同济大学出版社 2015：2.

　　[3]范钦珊，殷雅俊.材料力学[M].北京：清华大学出版社，2004：3.

　　[4]倪樵，李国请，钱勤.材料力学[M].武汉：华中科技大学出版社，2010：1.

　　[5]王吉会.材料力学性能[M].天津：天津大学出版社，2006： 12.

　　[6]中國社会科学院语言研究所词典编辑室.现代汉语词典[Z].北京：商务印书馆，2016：600.

　　[7]赵中平，周蔷，王博，等. Mechanical properties中文名的演变过程及其定义[J].中国科技术语，2015(1)：43-46.

　　[8]赵中平，彭孙鸿，周蔷，等.定名机械性能依据和改称力学性能的问题[J]. 中国标准化，2018(2)：118-122.

　　[9]赵中平，周蔷. Mechanical properties的正名是机械性能[J].机械工业标准化和质量，2017(7)：28-31.

　　[10]赵中平，卜梦婕，王博.力学性能还是机械性能[J]. 标准科学， 2013，(12)：77-80.