许多人对力学中强度和刚度的看法总是混淆,今天就来谈一下自己的明确。书中说为了保证机械系统或者整个结构的正常事情,其中每个零部件或者构件都必须能够正常的事情。工程构件清静设计的使命就是保证构件具有足够的强度、刚度及稳固性。
稳固性很好明确,受力作用下保持或者恢回复来平衡形式的能力。例如承压的细杆突然弯曲,薄壁构件承重发生褶皱或者修建物的立柱失稳导致坍塌,很好明确。今天主要来讲一下对于刚度和强度的明确。
强度
1
界说:构件或者零部件在外力作用下,抵御破损(断裂)或者显著变形的能力。
好比说孙越把ipad当成了体重秤,站上去,ipad屏幕裂了,这就是强度不够。好交锋汉每年的炎天看海时许多大树枝被风吹断,这也是强度不够。
强度是反映质料发生断裂等破损时的参数,强度一ban有抗拉强度、抗压强度等,就是当应力到达几多时质料发生破损的量,强度单元一ban是兆帕。
1.1
破损类型
脆性断裂:在没有显着的塑衴uan湫蝢ing况下发生的突然断裂。如铸铁试件在拉伸时沿横截面的断裂和圆截面铸铁试件在扭转时沿斜截面的断裂。
塑性屈服:质料发生显著的塑形变形而使构件损失事情能力,如低碳钢试样在拉伸或扭转时都市发生显著的塑衴uan湫。
1.2
强度理论
最大拉应力理论:只要构件内一点处的最大拉应力σ1到达单向应力状态下的极限应力σb,质料就要发生脆性断裂。于是危险点处于重大应力状态的构件发生脆性断裂破损的条件是:σ1=σb。以是,an第一强度理论建设的强度条件为:σ1≤[σ] 。
最大拉应变理论:只要最大拉应变ε1到达单向应力状态下的极限值εu,质料就要发生脆性断裂破损,ε1=εu。由广义胡克定律得:ε1=[σ1-u(σ2+σ3)]/E,以是σ1-u(σ2+σ3)=σb。an第二强度理论建设的强度条件为:σ1-u(σ2+σ3)≤[σ]。
最大切应力理论:只要最大切应力τmax到达单向应力状态下的极限切应力τ0,质料就要发生屈服破损。τmax=τ0。依轴向拉伸斜截面上的应力公式可知τ0=σs/2(σs为横截面上的正应力)由公式得:τmax=(σ1-σ3)/2。以是破损条件改衏i1-σ3=σs。an第三强度理论的强度条件为:σ1-σ3≤[σ]。
形状改变比能理论:只要构件内一点处的形状改变比能到达单向应力状态下的极限值,质料就要发生屈服破损。以是an第四强度理论的强度条件为:sqrt(σ1?+σ2?+σ3?-σ1σ2-σ2σ3-σ3σ1)<[σ]
刚度
2
界说:指构件或者零件在外力作用下,抵御弹衴uan湫位蛘呶灰频哪芰,即弹衴uan湫位蛘呶ㄒ徊挥ai凌驾工程允许的规模。
刚度是反映结构变形与力的巨细关系的参数,即结构受多鼎力大举发生几多变形的量,简朴说,就是一根弹簧,拉力除以伸长量就是弹簧的刚度。刚度单元一ban是N/m。
2.1
刚度类型
当所作用的载荷是恒定载荷时,称为静刚度;为交变载荷时,则称为动刚度。静刚度主要包罗结构刚度和接触刚度,结构刚度即指构件自shen的刚度,主要有弯曲刚度和扭转刚度。
弯曲刚度an下式盘算:
式中,P 为静载荷(N),δ 为在载荷偏向的弹衴uan湫(μm)。扭转刚度an下式盘算:
式中,M 为作用的扭矩(N·m),L 为扭矩作用处到牢靠端的距离(m),θ 为扭转角(°)。
两者联系
3
通过对上述关于强度和刚度的理论明确,相对于刚度,强度的界嗣魅针对的是外力作用下的破损;而破损类型的分类为塑性屈服糰n嘈远狭,由此遐想到拉伸时的应力应变曲线。如图所示。
图中曲线可分为四个阶段:I、弹衴uan湫谓锥;
II、屈服阶段;
III、强化阶段;
IV、局部颈缩阶段。
而刚度的界说是在于反抗弹衴uan湫,是在第一阶段下举行的,弹性作用下知足胡克定律,视察静载荷下弯曲刚度与扭转刚度的盘算公式,类似于胡克定律,可推测刚度的丈量仅仅在弹衴uan湫谓锥尉傩。
在进入下一阶段后,对于拉伸历程中塑形应变或残余应变不会消逝,在应力应变曲线下,应力险些稳固,而应变显著zeng加,此时应力为屈服极限,且对于质料则进入了塑性屈服的破损阶段。在进入强化阶段后,应变随应力的zeng加而zeng加,最后到达强度极限。由此可见,关于强度的丈量是在质料弹性形变之后而强度极限之前。
综上,可得出刚度与强度都是在对于零件失效阶段的丈量值,而刚度可以依赖应力来丈量,强度可以依赖变形来丈量。在应变历程中,刚度在前一阶段而强度在后一阶段,以是在零件失效的条件丈量中,只要知足了刚度要求,在弹衴uan湫谓锥尉涂梢苑纯棺愎坏挠αΓ慷仍谡庋奶跫下也就知足了零件的要求。an照这样的关系,才会有在现实的生产中的种种设计,例如机械装备中的轴,通常是先an强度条件确定轴的尺寸,再an刚度条件举行刚度:。细密机械对于轴的刚度要求也就因此而设定得很高,其截面尺寸的设计wangwang由刚度条件控制。