刚度、强度、硬度、挠度、弹性、韧性、刚性和塑性的区别，多少人真的懂？
在材料科学与工程领域，刚度、强度、硬度、挠度、弹性、韧性、刚性和塑性是描述材料力学性能的重要概念。这些概念虽然相互关联，但各自具有独特的定义和实际应用。本文将详细阐述这些概念的区别，并通过实例加以说明。
一、刚度（Stiffness）
定义：刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。它是材料固有抗变形特性的反映，核心指标是弹性模量（Young's modulus，E），计算公式为刚度=应力/应变（E=σ/ε）。
实例：以钢和橡胶为例，用同样的力拉伸它们，钢几乎不变形，而橡胶则会被明显拉长。这是因为钢的刚度比橡胶高得多，即钢在受力时抵抗弹性变形的能力更强。
与其他概念的区别：刚度是材料属性，与材料的弹性模量直接相关，而与其他如强度、硬度等概念无直接联系。刚度描述的是材料在弹性变形范围内的性能，而强度则关注的是材料抵抗塑性变形或断裂的能力。
二、强度（Strength）
定义：强度是指材料抵抗永久变形或断裂的能力。根据抵抗变形的不同阶段，强度可分为屈服强度（开始发生塑性变形的应力）和抗拉强度（断裂前能承受的最大应力）等。
实例：钢筋强度高，可以承受较大的拉力而不断裂，因此常被用作建筑结构中的承重材料；而粉笔强度低，轻轻一掰就会断裂。
与其他概念的区别：强度关注的是材料在受力过程中抵抗破坏的能力，与刚度不同，它不仅仅局限于弹性变形范围内。硬度虽然也与材料的抵抗变形能力有关，但硬度更侧重于材料表面抵抗局部压入或划痕的能力。
三、硬度（Hardness）
定义：硬度是指材料表面抵抗局部压入或划痕的能力。它是材料抗磨损能力的一个重要指标，测试方法包括布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、维氏硬度（HV）等。
几种硬度测试方法对比
实例：钻石是自然界中最硬的物质之一，可以轻松划伤其他材料；而橡皮则硬度极低，很容易被划伤。
与其他概念的区别：硬度是一个综合力学性能指标，与材料的弹性、强度、塑性等都有关系。但与刚度相比，硬度更侧重于材料表面的局部抵抗能力；与强度相比，硬度则更关注材料在抵抗局部压入或划痕时的表现。
四、挠度（Deflection）
定义：挠度是指结构在受力时产生的弹性变形位移量。它与载荷大小、材料刚度（E）和结构几何形状相关。
实例：当一块木板搭在两头，中间站人时，木板会向下弯曲一定的幅度，这个幅度就是挠度。
与其他概念的区别：挠度描述的是结构在受力时的整体变形情况，与材料的刚度直接相关。刚度越大，结构在受力时产生的挠度就越小。与强度相比，挠度更关注结构在弹性变形范围内的变形情况，而不涉及材料的破坏问题。
五、弹性（Elasticity）
定义：弹性是指材料在卸载后恢复原始形状的能力。它是材料固有的一种性质，弹性极限是材料能完全恢复变形的最大应力值。
弹性变形示意图，变形可以完全恢复
实例：橡皮筋拉伸后松开可以回弹到原始长度，弹簧受压后也可以恢复原长，这些都是材料弹性的表现。
与其他概念的区别：弹性与刚度密切相关，因为刚度就是描述材料抵抗弹性变形的能力。但弹性更侧重于描述材料在卸载后的恢复能力，而刚度则更关注材料在受力时的抵抗变形能力。与塑性相比，弹性描述的是材料在变形后可以完全恢复的性质，而塑性则是指材料在变形后无法完全恢复的性质。
六、韧性（Toughness）
定义：韧性是指材料在断裂前吸收能量的能力。它是材料强度与塑性的综合体现，指标包括冲击韧性（单位体积吸收的能量）和断裂韧性（抗裂纹扩展能力）等。
实例：防弹玻璃韧性高，在受到冲击时可以吸收大量能量而不碎裂；而陶瓷韧性低，受到冲击时容易直接破碎。
与其他概念的区别：韧性是一个综合性能指标，它既与材料的强度有关（因为强度决定了材料抵抗破坏的能力），又与材料的塑性有关（因为塑性决定了材料在变形过程中可以吸收多少能量）。与刚度相比，韧性更关注材料在断裂前的能量吸收能力，而不是抵抗弹性变形的能力。
七、刚性（Rigidity）
定义：刚性是指结构整体抵抗变形的能力。它与材料的刚度和结构的几何形状（如截面尺寸）都相关。
实例：两根长度和材质相同的梁，如果截面尺寸不同，那么截面尺寸较大的梁刚性就更大，即抵抗变形的能力更强。
与其他概念的区别：刚性是结构属性，而不是材料属性。它描述的是整个结构在受力时的抵抗变形能力，而不仅仅是材料本身的性质。与刚度相比，刚性更侧重于描述结构的整体性能，而不是材料的局部性能。
八、塑性（Plasticity）
定义：塑性是指材料在超过弹性极限后发生永久变形而不断裂的能力。它是材料在受力过程中发生塑性变形的一种性质，指标包括延伸率（拉伸后长度变化百分比）和断面收缩率等。
实例：金属在冲压过程中可以发生塑性变形而不断裂，从而被加工成各种形状；黏土在捏塑过程中也可以发生塑性变形并保持形状。
与其他概念的区别：塑性与弹性相对，描述的是材料在变形后无法完全恢复的性质。与强度相比，塑性更关注材料在变形过程中的表现，而不是抵抗破坏的能力。与韧性相比，塑性虽然也是描述材料在变形过程中的性质，但韧性更侧重于材料在断裂前的能量吸收能力，而塑性则更关注材料在变形过程中的永久变形能力。
总结
刚度、强度、硬度、挠度、弹性、韧性、刚性和塑性是描述材料力学性能的重要概念。它们各自具有独特的定义和实际应用，但又相互关联、相互影响。在实际工程中，需要根据具体的应用场景和要求来选择合适的材料，并充分考虑这些力学性能指标对材料性能的影响。通过对这些概念的理解和掌握，可以更好地进行材料的选择和设计，从而满足各种工程应用的需求。