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標(biāo)題: 材料力學(xué)中的強(qiáng)度和剛度，如何理解？ [打印本頁]
作者: 曉昀 時(shí)間: 2020-6-19 21:49
標(biāo)題: 材料力學(xué)中的強(qiáng)度和剛度，如何理解？
為了保證機(jī)械系統(tǒng)或者整個(gè)結(jié)構(gòu)的正常工作，其中每個(gè)零部件或者構(gòu)件都必須能夠正常的工作。工程構(gòu)件安全設(shè)計(jì)的任務(wù)就是保證構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。
一 強(qiáng)度
定義：構(gòu)件或者零部件在外力作用下，抵御破壞（斷裂）或者顯著變形的能力。
比如說，孫越把ipad當(dāng)成了體重秤，站上去，ipad屏幕裂了，這就是強(qiáng)度不夠。比如武漢每年的夏天看海時(shí)許多大樹枝被風(fēng)吹斷，這也是強(qiáng)度不夠。
強(qiáng)度是反映材料發(fā)生斷裂等破壞時(shí)的參數(shù)，強(qiáng)度一般有抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等，就是當(dāng)應(yīng)力達(dá)到多少時(shí)材料發(fā)生破壞的量，強(qiáng)度單位一般是兆帕。
1. 破壞類型
2. 強(qiáng)度理論
最大拉應(yīng)力理論：只要構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的最大拉應(yīng)力σ1 達(dá)到單向應(yīng)力狀態(tài)下的極限應(yīng)力σb，材料就要發(fā)生脆性斷裂。于是危險(xiǎn)點(diǎn)處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂破壞的條件是：σ1=σb。所以，按第一強(qiáng)度理論建立的強(qiáng)度條件為：σ1≤[σ] 。
最大拉應(yīng)變理論：只要最大拉應(yīng)變ε1 達(dá)到單向應(yīng)力狀態(tài)下的極限值εu，材料就要發(fā)生脆性斷裂破壞，ε1=εu。由廣義胡克定律得：ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E，所以σ1-u(σ2+σ3)=σb。按第二強(qiáng)度理論建立的強(qiáng)度條件為：σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。
最大切應(yīng)力理論：只要最大切應(yīng)力τmax 達(dá)到單向應(yīng)力狀態(tài)下的極限切應(yīng)力τ0，材料就要發(fā)生屈服破壞。τmax=τ0。依軸向拉伸斜截面上的應(yīng)力公式可知τ0=σs/2（σs 為橫截面上的正應(yīng)力）由公式得：τmax=(σ1-σ3)/2。所以破壞條件改寫為σ1-σ3=σs。按第三強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件為：σ1-σ3≤[σ]。
形狀改變比能理論：只要構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的形狀改變比能達(dá)到單向應(yīng)力狀態(tài)下的極限值，材料就要發(fā)生屈服破壞。所以按第四強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件為：
sqrt(σ12+σ22+σ32-σ1σ2-σ2σ3-σ3σ1)<[σ]。
二 剛度
定義：指構(gòu)件或者零件在外力作用下，抵御彈性變形或者位移的能力，即彈性變形或者唯一不應(yīng)該超過工程允許的范圍。
剛度是反映結(jié)構(gòu)變形與力的大小關(guān)系的參數(shù)，即結(jié)構(gòu)受多大力產(chǎn)生多少變形的量，簡單說，就是一根彈簧，拉力除以伸長量就是彈簧的剛度。剛度單位一般是N/m。
1. 剛度類型
當(dāng)所作用的載荷是恒定載荷時(shí)，稱為靜剛度；為交變載荷時(shí)，則稱為動(dòng)剛度。靜剛度主要包括結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度，結(jié)構(gòu)剛度即指構(gòu)件自身的剛度，主要有彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。
彎曲剛度按下式計(jì)算：
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式中，P 為靜載荷(N)，δ 為在載荷方向的彈性變形(μm)。
扭轉(zhuǎn)剛度按下式計(jì)算：
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式中，M 為作用的扭矩(N·m)，L 為扭矩作用處到固定端的距離(m)，θ 為扭轉(zhuǎn)角(°)。
三 兩者的聯(lián)系
通過對上述關(guān)于強(qiáng)度和剛度的理論理解，相對于剛度，強(qiáng)度的定義針對的是外力作用下的破壞；而破壞類型的分類為塑性屈服及脆性斷裂，由此聯(lián)想到拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線。如圖所示。
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圖中曲線可分為四個(gè)階段：
I、彈性變形階段；
II、屈服階段；
III、強(qiáng)化階段；
IV、局部頸縮階段。
而剛度的定義是在于抵抗彈性變形，是在第一階段下進(jìn)行的，彈性作用下滿足胡克定律，觀察靜載荷下彎曲剛度與扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算公式，類似于胡克定律，可推測剛度的測量僅僅在彈性變形階段進(jìn)行。
在進(jìn)入下一階段后，對于拉伸過程中塑形應(yīng)變或殘余應(yīng)變不會(huì)消失，在應(yīng)力應(yīng)變曲線下，應(yīng)力幾乎不變，而應(yīng)變顯著增加，此時(shí)應(yīng)力為屈服極限，且對于材料則進(jìn)入了塑性屈服的破壞階段。在進(jìn)入強(qiáng)化階段后，應(yīng)變隨應(yīng)力的增加而增加，最后到達(dá)強(qiáng)度極限。由此可見，關(guān)于強(qiáng)度的測量是在材料彈性形變之后而強(qiáng)度極限之前。
綜上，可得出剛度與強(qiáng)度都是在對于零件失效階段的測量值，而剛度可以依靠應(yīng)力來測量，強(qiáng)度可以依靠變形來測量。在應(yīng)變過程中，剛度在前一階段而強(qiáng)度在后一階段，所以在零件失效的條件測量中，只要滿足了剛度要求，在彈性變形階段就可以抵抗足夠的應(yīng)力，而強(qiáng)度在這樣的前提下也就滿足了零件的要求。按照這樣的關(guān)系，才會(huì)有在實(shí)際的生產(chǎn)中的各類設(shè)計(jì)，例如機(jī)械設(shè)備中的軸，通常是先按強(qiáng)度條件確定軸的尺寸，再按剛度條件進(jìn)行剛度校核。精密機(jī)械對于軸的剛度要求也就因此而設(shè)定得很高，其截面尺寸的設(shè)計(jì)往往由剛度條件控制。
作者: 譬如朝露 時(shí)間: 2020-6-19 23:04
有時(shí)我在考慮一個(gè)問題，我們有必要把自己搞成一個(gè)人形存儲(chǔ)器么？好像也沒這必要
作者: 星翼45 時(shí)間: 2020-6-20 08:48
強(qiáng)度是從力的角度考慮，剛度是變形角度
作者: 童子智少 時(shí)間: 2020-6-20 09:09
對于脆性斷裂，剛度一般不太適用
作者: 任督二脈。。。 時(shí)間: 2020-6-20 09:33
學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)
作者: gaxisjtu 時(shí)間: 2020-6-20 09:46
大家平時(shí)都用第幾強(qiáng)度理論計(jì)算？可以討論一下，在什么條件下用哪種強(qiáng)度理論？
作者: 路人甲找乙 時(shí)間: 2020-6-20 10:29
學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)
作者: 大饅頭CC 時(shí)間: 2020-6-20 10:53
強(qiáng)度就是屈服，剛度就是撓度
作者: guanyanfei 時(shí)間: 2020-6-20 14:00
學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)
作者: 未來第一站 時(shí)間: 2020-6-20 17:00
所以AR潛力無限。
作者: 譬如朝露 時(shí)間: 2020-6-20 18:42
好像已經(jīng)出問題了。雖然人類可以從虛擬世界獲取經(jīng)驗(yàn)，但虛擬世界是個(gè)時(shí)空混亂的世界，或者說它的時(shí)空很容易就發(fā)生錯(cuò)亂。將這樣的世界映射到現(xiàn)實(shí)世界，只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)混亂的現(xiàn)實(shí)世界�；炀S的畫面會(huì)讓人出現(xiàn)沖突感，引發(fā)不穩(wěn)定。
作者: 遠(yuǎn)祥 時(shí)間: 2020-6-20 19:12
通俗的來說，強(qiáng)度是抵抗破壞的能力，剛度是抵抗變形的能力！
作者: 曉昀 時(shí)間: 2020-6-20 20:29
是這個(gè)意思。
作者: MS2017 時(shí)間: 2020-7-27 10:46
學(xué)習(xí)了
作者: 我先睡了 時(shí)間: 2020-12-27 14:27
學(xué)習(xí)一下
作者: 機(jī)甲的浪漫 時(shí)間: 2020-12-30 11:34
剛度一般用于彈性變形的考量
作者: 408490923 時(shí)間: 2020-12-30 11:42
AR將來大有所為��！
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