固体的弹性、塑性、脆性与韧性

一块橡皮在外力（压力或拉力）作用下变形，外力撤去后形变立刻消失，橡皮恢复原状，这是固体弹体的典型例子。微观地分析，弹性体内质点的应变与所受应力成正比，而且没有滞后的时间效应（松弛），应变时也不发生能量的消散。

一块橡皮泥在外力作用下变形，这种变形是永久性的，外力撤去后也不再改变，这是塑性的典型例子。微观地分析，应力作用下质点位置发生永久性应变（位移）。应力在使质点位移时做功，而能量消散。

图1.13　地球物质的电导率变化范围

图1.14　大陆下地壳电导的统计结果

横轴为电导，具相对意义；可看出前寒武地质体电导偏低者多

一块砖在外力撞击下破裂，指的是固体发生脆性变形。此时砖内质点在撞击方向的应力远大于其它方向，而产生应力差△δ，使砖破裂的最小应力差△δ_c称为临界应力。△δ_c越小的固体脆性越大，而△δ_c大的固体刚性越强。脆性变形的发生也只有很小的滞后效应。破裂时固体内应力差部分与质点的亲合力抵消，部分在使质点位移和内摩擦时消散。

一块灼热的钢锭在万吨水压机下被慢慢压成钢板，产生了永久变形而没有发生破裂，指的是固体的韧性（物理专家称为延性）。我们知道钢铁在小应力和瞬时作用下具有弹性，但在高温高压下内部的物质发生蠕动，并产生变形，由弹性变成了韧性。研究材料流动和变形的学问称为流变学。无论是韧性还是流变学，都着重研究变形的时间效应。上面说的钢锭“被慢慢压成钢板”，就包含了时间效应的含义。韧性材料内部的蠕动和变形自然伴随着应力的部分释放和能量部分消散。

总之，表示固体力学性质的弹性和塑性，是相互对立的一对极端模型（概念），脆性与韧性是另一对。对处于地球内部岩石来说，其力学性质可以随时间和环境转化，如图1.15所示。

图1.15　岩石力学性质转换模式示意图

这种力学模式要比简单的“一分为二”模式复杂，自然界的复杂现象，就要高维数的模型才能描述。

在固体力学分支中，弹性力学和塑性力学分别研究弹性模型和塑性模型，断裂力学研究脆性体破裂，而研究韧性行为的是流变学。广义上的流变学也包括塑性力学，并把弹性力学作为它的极限情况。