材（cái）料力學的（de）強度和剛度理論知識

為了保證機（jī）械係（xì）統或整個結構的（de）正常工作，每個零件或部件都能正常工作。工程安全設計的任務是保證構件具（jù）有足夠的強（qiáng）度、剛度和（hé）穩定性。

穩定性很好理解，在壓力下維持或恢（huī）複原有平衡形式的能力。比如受壓的細杆突（tū）然彎曲，薄壁構件承受荷載而折疊，或者建築物的柱子不（bú）穩（wěn）定而倒塌（tā）。今天我就來說說對勁度和力量的理解。

一.實（shí）力（lì）

定義（yì）:構件或零件在外力作用下抵抗損壞(斷裂)或顯著變形的（de）能力。

關鍵詞提取，失（shī）效與斷裂，顯著變形。

強度是反映材料斷裂和其他損傷的參數。強度一般包括抗（kàng）拉強度、抗壓強度（dù）等。，即（jí）應力達到（dào）時的材料損（sǔn）傷量。強度單位一般為兆帕。

故障類型

脆性斷裂:沒有明（míng）顯塑（sù）性（xìng）變形的突然斷裂。例如，鑄鐵試樣拉（lā）伸時沿橫截麵的斷（duàn）裂和圓形鑄鐵試樣扭轉時沿斜（xié）截麵的斷裂。

塑性屈服:材料發生明顯（xiǎn）的塑性（xìng）變形（xíng），使構件失去工作能力。例（lì）如（rú），低（dī）碳鋼樣品在拉伸或（huò）扭曲（qǔ）時會（huì）產生明顯的塑性（xìng）變形。

強度理（lǐ）論

1.最（zuì）大拉伸應（yīng）力（lì）理論；

隻要構件中某一點的最大拉應力σ1達到單軸應力下的極限應力σb，材料就會發生脆性斷裂。複雜應力狀態下有（yǒu）危險點的構件發生脆性斷裂破壞的（de）條件（jiàn）是:σ 1 = σ b。

所以根據第（dì）一強度理論建立的強度條件是:σ1≤[σ]。

2.最大拉伸應變理論；

隻要單軸（zhóu）應力下最大拉伸應變ε1達（dá）到極限值εu，就會發生脆性斷裂。ε1 =σu；

根據廣義虎克定（dìng）律，ε1=[σ1-ν(σ2+σ3)]/E，所以σ 1-ν (σ 2+σ 3) = σ b。

根據第二（èr）強度理論，強度條（tiáo）件為:σ1-ν(σ2+σ3)≤[σ]。

3.最大剪應力理論；

隻要最大剪應力τmax達到單軸應力下的極限剪應力（lì）τ0，材料就會屈服破壞。τmax=τ0 .

根據軸（zhóu）向受拉時斜截麵上的應力公式可知，τ0 =σs/2(σs-截麵上的正應力)由公式τmax=(σ1-σ3)/2得出。因此，失效條件改寫為σ 1-σ 3 = σ s。

根據第三強度理論，強（qiáng）度條件（jiàn）為σ1-σ3≤[σ]。

4.形狀變化比能理論；

隻要（yào）構件中某一點的形狀變化率能達到單軸應力下的極限值，材料就會屈服和破壞。

因此，根據（jù）第四強度理論，強度條件是:

sqrt(σ12+σ22+σ32-σ1σ2-σ2σ3-σ3σ1)

第二，剛度

定義:指（zhǐ）構件或零件在外力作（zuò）用下抵抗彈性（xìng）變形或位（wèi）移（yí）的能力，即彈（dàn）性變形或唯一不應超（chāo）出工程允許範圍的變形。

剛度是反映結構變形與力的關係的參數，即結構受到多大的變形。簡單來說就是彈（dàn）簧，拉力除以伸長量就是（shì）彈簧的剛度（dù）。剛度的（de）單位（wèi）通常是N/m..

剛度類型:

當施加的載荷為恒載荷時，稱為靜剛度；當載荷交變時，稱為（wéi）動剛度。靜剛度主要包括結構剛度和接觸（chù）剛度（dù）。結構剛度是指構（gòu）件本身的剛度（dù），主要包括彎曲剛度和扭轉剛度（dù）。

1.彎曲剛度k計算如下:

k=P/δ

其中p-靜荷載(n)；

δ ——載荷方向的（de）彈性變形(微米（mǐ）)。

2.扭轉剛度kM計算如下（xià）:

kM=ML/θ

其中m為作用扭矩（jǔ）(n·m)；

L——扭矩作用（yòng）點到固定端（duān）的距離(m)；

θ ——扭轉角(°)

第三，兩者的聯係

通過以上對強度和（hé）剛度（dù）的（de）理論理解，與（yǔ）剛度相比，強度的定（dìng）義是（shì）針（zhēn）對外力作用下的損傷，損傷類型分為（wéi）塑性屈服和脆性斷裂，與拉伸中的應力應變曲線相關聯。

I、彈性變形階段；

二。屈服階段；

三。強化階（jiē）段；

四。局部頸縮階（jiē）段。

剛（gāng）度定義為抵抗彈（dàn）性變形的能力（lì），在（zài）第一階段進行。在彈性作用下（xià），滿足（zú）胡克定律。觀察（chá）靜載荷下彎曲（qǔ）剛度和扭轉剛度的計算（suàn）公式，類似於虎（hǔ）克定律，可以推測剛度的測量隻（zhī）在彈性變形階段進行。

進入下一階段後，火災殘餘應變不（bú）會因為拉伸過程中的塑性應變而消失。在應力-應變曲線下（xià），應力幾乎不變，但應變顯著增加，此時應力（lì）為屈服極限。對於材料，它進入塑性屈服（fú）階段。進入強（qiáng）化階段後，應變隨著應力的增加而增加，最（zuì）終達到強度極限。可（kě）以看出，強度的測量是在材（cái）料彈性變形（xíng）之後，但在強度極限之前。

綜上所述，可以（yǐ）得出這樣的結論:剛（gāng）度和強度是在零件（jiàn）失效階段測量的，而（ér）剛度（dù）可以用應力來測量，強（qiáng）度可以用變形來測（cè）量。應變過程中，剛（gāng）度在前，強（qiáng）度在後。因此，在零件失效的狀態測量中，隻要（yào）滿足剛度（dù）要求，在彈性變形階段就能抵抗足夠的（de）應（yīng）力，在這樣的前提下強度就能（néng）滿足零件的要求。根據這個關係，實際生產中會（huì）有各種各樣的設（shè）計，比如機械設備中的軸。通常先根據強度條件確定軸的尺寸，再根據（jù）剛度條件校核剛度。正因（yīn）為如此，精密機械對軸的剛度要求定得很高，其截麵尺寸的設計往（wǎng）往受（shòu）剛度條件的控製。