1.2 材料的力学性质
材料的力学性质，是指材料在外力作用下的有关变形性质和抵抗破坏的能力。
1.2.1 变形性质
变形性质是指材料在荷载作用下发生形态、体积变化的有关性质。变形的过程，实质上是由于外力的作用而改变或破坏了材料质点间的平衡位置，使其产生相对位移的结果。
1.材料的弹性与塑性
材料在外力作用下产生的变形，当外力除去后可以完全恢复的变形，称为弹性变形。材料在外力除去后，能恢复其原有形状的性能，称为弹性。产生弹性变形是因为作用于材料的外力改变了材料质点间的平衡位置，但此时外力未超过质点间的相互作用力，外力所做的功，转变为材料的内能（弹性能），当外力除去时，内能做功，质点恢复到原有的平衡位置，变形消失。
材料的变形在外力除去后，不能恢复到原有形状的，称为塑性变形。材料的这种性质称为塑性。产生塑性变形的原因，是作用于材料的外力，超过了材料质点间的相互作用力，造成材料部分结构或构造的破坏，即外力所做的功，未转变为内能而消耗于部分结构或构造的破坏，因而变形不再消失。
2.材料的脆性和韧性
材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质，称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料。脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度，可高达数倍甚至数十倍，但脆性材料承受冲击或震动荷载的能力很差。如花岗岩、陶瓷、黏土砖、大理石、玻璃、普通混凝土、铸铁等。可见，仅用强度指标不能反映材料承受动荷载作用的能力，还必须对材料提出韧性的要求。
材料在冲击或震动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质，称为韧性或冲击韧性。它可以用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示。韧性材料的特点是变形大，特别是塑性变形大，抗拉强度接近或高于抗压强度。橡胶、木材、建筑钢材等属于韧性材料。在土木工程中，对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如桥梁、路面、吊车梁等所用材料，均具有较高韧性。
材料的塑性或脆性，并不是固定不变的，可随着温度、含水率、加荷速度及受力状态等因素而改变，如沥青材料在迅速加荷或低温条件下是脆性的，而在缓慢加荷或温度稍高的条件下则是塑性的。又如低碳钢在常温下是塑性的，而在低温下则可表现为脆性的。
3.材料的徐变与松弛
固体材料在恒定外力长期作用下，变形随着时间的延长而逐渐增长的现象，称为徐变（或蠕变）。产生徐变的原因，是由于固体材料中某些非晶体物质产生类似于液体的黏性流动和晶体结构中有局部缺陷存在，它们在外力的长期作用下，使变形逐渐增长。材料的徐变现象与材料本身性质有关外，还于温度有关，特别是金属材料在高温作用下，将发生较显著的徐变。
当材料在外力作用下的变形不变时，弹性应力随着时间的延长而逐渐缩小的现象，称为松弛。产生松弛的原因，是由于材料的部分弹性变形逐渐转变为部分塑性变形，材料在变形中储存的弹性能转变为热而逐渐消失，故弹性应力逐渐降低。
1.2.2 强度
材料的强度，是材料在荷载或其他因素（如温度变化、变形等）所产生的内应力作用下，抵抗破坏的性能。
材料的强度以材料试件在破坏时的极限应力来表示。随着受力情况的不同，材料的强度分为抗压强度、抗拉强度、抗弯（抗折）强度、抗剪强度四种。
材料的强度常用破坏性实验来测定。将试件放在试验机上，加荷使其破坏，根据破坏时的荷载便可求出材料的强度。
对于抗压强度、抗拉强度、抗剪强度（均以f表示），均可按式（1.7）计算：
式中 f——材料的强度，包括抗压强度fc、抗拉强度ft和抗剪强度fv，N/mm2，即MPa；
P——材料受压、受拉、受剪破坏时的荷载，N；
A——材料的受力面积，mm2。
测定抗弯强度时，可将试件做成矩形截面的小梁，搁置在两支点上，中间加一个或两个集中荷载直到破坏为止，即可利用材料力学公式计算抗弯强度（或抗折强度）。
当中间加一集中荷载时，为
当加两个与梁中心线对称的相等荷载时，为
式中 ff——材料的抗折强度，N/mm2或MPa；
P——受弯破坏时的荷载，N；
L——梁的跨度，即两支点间的距离，mm；
b——矩形梁截面的宽度，mm；
h——矩形梁截面的高度，mm；
a——两个荷载间的距离，mm。
一般脆性材料，具有较高的抗压强度，抗弯强度很低，而抗拉强度更低，仅为抗压强度的1/50～1/5，所以脆性材料主要用于承受压力。塑性材料的抗压、抗拉及抗弯强度彼此接近，它们既可用于承受压力，也可用于承受拉力及弯曲。
根据材料强度的高低，可将材料划分为若干等级。在划分等级时，对于砖、石、水泥、混凝土等矿物材料主要根据抗压强度来划分；建筑钢则按抗拉强度来划分。
几种常用材料的强度约值见表1.2。
表1.2 几种常用材料的极限强度
材料的强度主要决定于材料的成分、结构及构造。不同种类的材料，其强度不同；即使是同类材料，由于结构或构造不同，其强度也会有很大的差异。疏松及孔隙率较大的材料，因其质点间的联结较弱、受力的有效面积减小及孔隙附近的应力集中，故强度较低。某些具有层状或纤维状构造的材料，其组成成分按一定方向排列，这种材料在不同方向受力时所表现的强度也不同，即所谓各向异性。对于结晶材料，一般说来，细晶结构较粗晶结构的强度高。
通常所研究材料的强度，是材料在短期荷载作用下抵抗破坏的能力，或称暂时强度。材料在持久荷载作用下的强度，称为持久强度。持久强度以材料在长期荷载作用下，而不致发生破坏的最大应力值表示。结构物中材料所承受的荷载，一般都是持久荷载。因为材料在持久荷载下发生徐变，致使塑性变形增大，所以持久强度都低于暂时强度，如木材的持久强度仅为其暂时强度的50%～60%。
1.2.3 硬度、耐磨性及磨耗
材料抵抗外物压入或刻画的性质称为硬度。一般说来，硬度大的材料耐磨性较强，但不易加工。所以，材料的硬度在一定程度上可以表明材料的耐磨性和加工难易程度。
材料抵抗外物磨损的性质称为耐磨性。材料同时受到摩擦和冲击两种作用时称为磨耗。在水利工程中，例如滚水坝的溢流面、闸墩和闸底板等部位经常受到挟砂的高速水流的冲刷作用，或者水底挟带的石子的冲击作用，使建筑物遭受破坏。这些部位都需要考虑材料抵抗磨损及磨耗的性能。
当材料的硬度较大、韧性较高、构造较密实时，其抗磨损及磨耗的性能较强。