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:用户上传      作者:赵中平　周蔷

　　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：ADOI：10.3969/j.issn.1673-8578.2019.04.009
　　The Problem of Renamed to “lixue xingneng” is Discussed from the Connotation of Material Mechanics and Material Properties//ZHAO Zhongping，ZHOU Qiang
　　Abstract： There is no hierarchical hyponymy between mechanics of materials and material properties. But when material “jixie xingneng” are changed to material “lixue xingneng”， they naturally become a part of mechanics of materials. At the same time， it caused another kind of opposite misunderstanding. This confounding of the relations and their cause and effect are worth studying. Our analysis shows that the still named “jixie xingneng” can clarify this conceptual problem.
　　Keywords： mechanics of materials; mechanical properties; genus-species relationship; experiments of mechanics of material; mechanical testing of material
　　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.
　　[11]张帆，郭益平，周伟敏.材料性能学[M].2版.上海：上海交通大学出版社，2014：1，3-4.
　　[12]石德珂，金志浩.材料力学性能[M].西安：西安交通大学出版社：1998：1.
　　[13]时海芳，任鑫.材料力学性能[M].北京：北京大学出版社，2008：2.
　　[14]刘瑞堂，刘锦云.金属材料力学性能[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2014： 1，28.
　　[15]赵中平，周蔷.杂议由“机械”组成的科技术语的定名[J].中国科技术语，2018（3）：54-56.
　　[16]付朝华，胡德贵，蒋小林. 材料力学实验[M]. 北京： 清华大学出版社，2010：1.
　　[17]马骏.材料力学实验[M].重庆： 重庆大学出版社，2010：1.
　　[18]刘鸿文，吕荣坤.材料力学实验[M].北京：高等教育出版社，2006：1.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15012928.htm