张力与压力如何影响金属强度

金属强度在产品或结构设计中起重要作用。金属强度要素包括抗拉强度、屈服强度、硬度、密度。张力与压力影响金属失效前能承受的应力压力，因此根据应用需求确定哪种材料强度最适用至关重要。

张力与压力：快速指南

简述金属张力与压力，拆解各自原理及对各类金属的影响。

金属拉伸时处于张力。数学上，张应力=力/面积。金属能承受的最大应力即抗拉强度。

抗拉强度可分两部分：

压力代表金属不破碎所能承受的最大压缩或压力。长度较原始度量有减少。

有六种不同压缩失效模式：

张力与压力如何影响金属强度

广泛接受的确定压缩强度测试是莫氏硬度测试。

压缩强度和抗拉强度最大值因金属而异。某些金属在张力下显示卓越抗拉强度，某些擅长承受最大压力。因此比较两金属张力压力表现，首要承认金属应用，方易与其他金属比较。

下图对比不同金属强度、硬度、密度：

张力与压力如何影响金属强度

钢抗拉屈服强度高于铝；但铝轻量且耐腐蚀优于钢。因此考虑应用需求时研究参数至关重要。

金属可高抗拉低压缩，或反之。如铸铁压缩强度大于抗拉强度，低碳钢相反。

脆性材料（如铸铁）含大量空隙。抗拉时空隙作缺口导致裂纹高度扩展。但压力下空隙闭合，消除裂纹扩展可能。

延展材料在载荷下形成的裂纹易闭合不扩展。故张压强度相当；但倾向于剪切应力下失效。

压缩和抗拉强度是工程设计中金属极重要性能。任何工程设计主旨是将塑性变形最小化。此方面，杨氏模量(记E)可视为选择关键参数。

杨氏模量是计算材料在长向张力或压缩下变形程度的另一方式。定义为纵向应力与应变比率。杨氏模量越高，材料越刚硬，给定载荷下弹性变形越小。

例如，若用低杨氏模量金属建房，压缩载荷下挠度大；较硬金属给出更理想响应。

现代撑竿跳杆是绝佳例子。为最大化运动员表现，撑竿应由轻质材料制成，但弯曲时也应储存弹性应变。故撑竿由玻璃纤维(E=15 GPa)或玻璃纤维碳纤维混合(E=500 GPa)制造。

常用金属杨氏模量如下：

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