趙中平　周薔

摘 要：材料力學與材料性能學本無從屬關(guān)系，但材料機械性能改稱材料力學性能后，自然成了材料力學的一部分，同時又引起另一種相反的誤解。這種關(guān)系相互混淆及其因果值得研討。分析可知，仍定名“材料機械性能”有利于澄清這種概念性問題。

關(guān)鍵詞：材料力學;材料性能學;屬種關(guān)系;材料力學實驗;材料機械試驗

中圖分類號：N04;H059;TH文獻標識碼：ADOI：10.3969/j.issn.1673-8578.2019.04.009

The Problem of Renamed to “l(fā)ixue 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 “l(fā)ixue 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

術(shù)語的語義范圍必須準確，與相似的概念相區(qū)別。材料術(shù)語mechanical properties早年定名“機械性能”，改稱“材料力學性能”后逐漸暴露出不少問題，最近又發(fā)現(xiàn)它與材料力學歸屬的矛盾，出現(xiàn)另一個概念性問題。

材料力學是固體力學的分支學科，與材料科學或材料性能學沒有從屬關(guān)系。當材料術(shù)語mechanical properties定名“機械性能”時，以及即使剛開始有人改稱“力學性能”時，這個概念也很清晰。如1990年出版的《材料力學》[1]中“材料性能”只是全書九章中第一章基本概念（共9節(jié)）中的一小節(jié)。但改稱“材料力學性能”后自然會引起誤解，認為它屬于材料力學，郭戰(zhàn)勝老師[2]就闡述，“從材料力學名字本身就可知其研究內(nèi)容分屬兩個學科。第一個是固體力學，…統(tǒng)稱為應(yīng)力分析。第二個是材料科學中材料力學行為，即研究材料…的宏觀力學性能和失效行為”，持有同樣觀點的還有范欽珊[3]、倪樵[4]等老師，明確認為材料力學的內(nèi)涵包含材料性能學，并將材料力學性能試驗歸入材料力學實驗。在這種理念指導下，材料力學課程都將材料性能的內(nèi)容從原只有一小節(jié)擴大到單獨成章，以示包含“力學性能”，但實際上仍是簡要介紹，談不上專業(yè)課程。

而另一些學者正好相反，認為材料力學屬于材料力學性能學科，如《材料力學性能》[5]闡述：“材料力學所研究的內(nèi)容僅限于均勻、連續(xù)、各向同性材料的彈性力學行為，不涉及或很少涉及微觀機理、塑性變形和斷裂行為，…可以說材料力學是材料力學行為（或性能）學科的分支和基礎(chǔ)?！?/p>

這兩種理念都認為材料力學和材料性能學存在屬種關(guān)系，而屬種概念正好相反。此外還有學者認為材料力學是固體力學與工程材料學的邊緣學科。這些是概念上的混淆，理由如下。

1. 英文materials可意指原材料，又可是器材或部件。材料力學的“材料”，實際指裝配成機械（各種裝置、工程結(jié)構(gòu)）的構(gòu)件等，因此稱構(gòu)件力學更確切。而材料性能學的“材料”是制造構(gòu)件或機件的物質(zhì)，它偏重于內(nèi)部化學組成、生產(chǎn)工藝和組織。因此雖然研究對象都是“材料”，實際截然不同，這決定了該兩學科并不存在屬種關(guān)系，材料力學也不是邊緣科學。

2.材料力學是將機械（裝置）中的構(gòu)件簡化為桿件，研究其應(yīng)力、變形和穩(wěn)定性，選擇適當?shù)牟牧虾徒孛嫘螤罴俺叽纾瑸樵O(shè)計出既安全又經(jīng)濟的構(gòu)件提供理論依據(jù)和計算方法。它僅與選材有關(guān)，但實際工程中對重要構(gòu)件的選材要由材料工作者決定和簽字。而工程材料學是研究材料成分及其合成、組織結(jié)構(gòu)、工藝、性能與用途之間有關(guān)知識，以提高原材料的綜合性能。材料力學與材料mechanical properties中的許多性能：工藝性能（壓扁、彎曲和擴口等性能）、伸長率和沖擊韌性等都沒有直接關(guān)系，其應(yīng)力分析也與規(guī)定應(yīng)力狀態(tài)下的材料強度性能不一樣?？芍?，這兩個學科在研究對象、目的任務(wù)、假設(shè)條件、試驗設(shè)備和方法以及結(jié)果上都不同，是性質(zhì)不同的兩種學科，基本互不包容，不是屬種關(guān)系。

3. 材料mechanical properties的歸屬早已明確。根據(jù)“術(shù)語在線”（http：//www. termonline.cn）公布的名詞來看，即使將它稱為“力學性能”，也只適用于冶金學、材料科學、機械工程學科，不屬于力學（也不屬于材料力學）。力學的性能不屬力學豈不矛盾。在工程上，通常上述三個行業(yè)的關(guān)系是，冶金行業(yè)根據(jù)機械（定義：用力學原理組成的各種裝置，如火箭、核容器，廣義上包括橋梁等[6]）構(gòu)件的要求生產(chǎn)材料，供機械行業(yè)使用，材料的性能指標來自機械構(gòu)件的服役和工藝制作要求，因此稱為“機械性能”更合適。自改稱“材料力學性能”后產(chǎn)生許多問題和矛盾[7-10]，現(xiàn)在又出現(xiàn)了上述兩種學科內(nèi)涵和歸屬上的誤解和混淆。

4. 在文字邏輯上，如稱“材料力學性能”則當然屬于材料力學，就像平行四邊形屬于四邊形。但材料性能學并不屬于材料力學，就像三角形不屬于四邊形，這是基本概念。上已述它們是性質(zhì)不同的兩種學科，術(shù)語mechanical properties of materials也不是properties of mechanics of materials，因此不應(yīng)稱為“材料力學”的性能，宜稱“材料機械性能”。力學是總稱，它由各下位力學學科組成。材料性能學中最重要的理論基礎(chǔ)是靜力學和動力學（并不是材料力學），但并無靜力學性能或動力學性能，即力學通常不以性能為表征。

5.行為與性能。許多學者將“力學性能”定義為“力學行為”[11-14]，但行為是各種各樣外部表現(xiàn)，具有普遍性和隨意性，不等于性能。性能具有專屬性和指標性。如列車開得慢或快、裝得多或少都是行為，其經(jīng)濟速度、最高速度和滿載量才能稱火車性能。以材料拉伸試驗為例，不同退火、正火和各種調(diào)質(zhì)規(guī)范可得到許許多多強度和塑性數(shù)據(jù)，都只是拉伸行為，只有針對有關(guān)構(gòu)件的使用條件定量化、指標化才是術(shù)語意義上的材料的性能?！禡echanical properties中文名的演變過程及其定義》[7]《定名機械性能依據(jù)和改稱力學性能的問題》[8]和《Mechanical properties的正名是機械性能》[9]論證了mechanical properties正名應(yīng)稱“機械性能”的根據(jù)。

同時對于以mechanical表述的力學行為，其表征絕大多數(shù)規(guī)范定名冠以“機械”，不是“力學”。如用力做的功稱“機械功”，用力學解釋自然的觀點稱機械自然觀，力學中的運動定名機械運動，這都表明有關(guān)術(shù)語中 “機械”作為修飾詞都具有力學的意思[9，15]。同樣在材料試驗研究中所呈現(xiàn)的力學行為的要素也都冠以“機械”：與試樣上施加的力有關(guān)的應(yīng)變稱“機械應(yīng)變”，與外力有關(guān)的其他行為分別定名為：“機械應(yīng)力”“機械強度”“機械力”等，都不冠以“力學”。同樣，材料在外力作用下顯示的與應(yīng)力—應(yīng)變有關(guān)的性能也應(yīng)定名“機械性能”，mechanical testing應(yīng)定名機械試驗，這是一脈相承的完整體系。

6.材料力學實驗與材料性能試驗。由于GB/T10623等將mechanical testing由“機械試驗”被改譯為“材料力學性能試驗”后，現(xiàn)在幾乎所有的“材料力學實驗”的重要內(nèi)容都包括材料力學性能試驗[16-18]，這看來名副其實，但據(jù)上所述，這種觀點存在問題。當然首先是兩者所指的“材料”不同。其次材料力學中的理論和公式，大多是在一定的假設(shè)和簡化的基礎(chǔ)上導出的，為驗證這些理論和公式的準確性和應(yīng)用范圍需要進行實驗。如矩形截面梁彎曲正應(yīng)力實驗、桁架橋的受力分析及實驗、三腳架結(jié)構(gòu)應(yīng)力與內(nèi)力測試實驗等，這些是真正具有力學性質(zhì)的“材料力學實驗”，其英文名為experiments of mechanics of material。而材料性能試驗只是相同地大量地重復測定試樣的數(shù)據(jù)，整理數(shù)據(jù)只用簡單的算術(shù)公式，常用于檢驗材料的質(zhì)量，以及求證材料成分配比或工藝規(guī)范的正確性。力學實驗與性能試驗兩者的性質(zhì)、方法、所用設(shè)備儀器和得到的結(jié)果都不相同。同時英文名也不一樣，材料性能試驗是mechanical testing of materials。《Mechanical properties的正名是機械性能》[9]和《雜議由“機械”組成的科技術(shù)語的定名》[15]論證了它稱為“機械試驗”為宜，在此不贅述，僅舉一例。美國材料協(xié)會標準ASTM A179（A178，A192，214等）中mechanical tests required為：壓扁試驗、擴口試驗、卷邊試驗、硬度試驗和水壓試驗，都是機件的生產(chǎn)工藝需要的試驗，大多試驗結(jié)果是肉眼看看有無產(chǎn)生裂紋，不是力學參數(shù)，這些試驗得到的工藝性能和質(zhì)量要求從不認作力學性能，顯然有別于“力學試驗”。

綜上所述，材料力學與材料性能學所指的“材料”概念截然不同，兩者在內(nèi)涵和外延上互不包含，沒有屬種關(guān)系。將材料mechanical properties改稱“材料力學性能”后自然和必然會被誤認為隸屬于材料力學，產(chǎn)生許多誤解和矛盾，還其材料機械性能的本質(zhì)有利于澄清概念。

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