剛度、強度淺論

1、河南工程學院機械原理考查課專業(yè)論文淺談強度、剛度的關系學 號： 201510310117 學生姓名： 胡鵬飛 學 院： 紡織學院 專業(yè)班級： 紡織工程1541 專業(yè)課程： 機械原理 任課教師： 耿國強 201 6 年 06月 06 日目錄摘要4前言5淺論強度，剛度極其關系51剛度51.1介紹51.2結構的靜剛度與動剛度61.3結構剛度計算公式61.4彈性模量72強度82.1力學術語83強度與剛度的區(qū)別 84結語9參考文獻9摘要通過對強度和剛度的剖析，指出材料選擇的兩難性、軸的結構及加工工藝的先天不足性、軸上零件位置及其結構對強度與剛度造成的影響，并對影響強度與剛度的原因進行了分析，從不同角度入

2、手，尋求提高強度與剛度的措施和途徑，為同類產品及同行們提供可借鑒的工藝途徑和解決問題的思路。 關鍵字：剛度、強度、材料選擇；前言剛度和強度在機械中是不可忽視的重要參量，對人們在加工鋼鐵制造設備方面有著不可忽視的力量；因此，正確的了解剛度和強度，及其存在的密切聯系，對我們至關重要。淺論強度，剛度極其關系1剛度剛度是指材料或結構在受力時抵抗彈性變形的能力。是材料彈性變形難易程度的表征。材料的剛度通常用彈性模量E來衡量。在宏觀彈性范圍內，剛度是零件荷載與位移成正比的比例系數，即引起單位位移所需的力。它的倒數稱為柔度，即單位力引起的位移。剛度可分為靜剛度和動剛度。1.1介紹 剛度是使物體產生單位變形所

3、需的外力值。剛度與物體的材料性質、幾何形狀、邊界支持情況以及外力作用形式有關。材料的彈性模量和剪切模量（見材料的力學性能）越大，則剛度越大。細桿和薄板在受側向外力作用時剛度很小，但細桿和薄板如果組合得當，邊界支持合理，使桿只承受軸向力，板只承受平面內的力，則它們也能具有較大的剛度。 在自然界，動物和植物都需要有足夠的剛度以維持其外形。在工程上，有些機械、橋梁、建筑物、飛行器和艦船就因為結構剛度不夠而出現失穩(wěn)，或在流場中發(fā)生顫振等災難性事故。因此在設計中，必須按規(guī)范要求確保結構有足夠的剛度。但對剛度的要求不是絕對的，例如，彈簧秤中彈簧的剛度就取決于被稱物體的重量范圍，而纜繩則要求在保證足夠強度的

4、基礎上適當減小剛度。研究剛度的重要意義還在于，通過分析物體各部分的剛度，可以確定物體內部的應力和應變分布，這也是固體力學的基本研究方法之一。1.2結構的靜剛度與動剛度 靜載荷下抵抗變形的能力稱為靜剛度。動載荷下抵抗變形的能力稱為動剛度，即引起單位振幅所需的動態(tài)力。如果干擾力變化很慢（即干擾力的頻率遠小于結構的固有頻率），動剛度與靜剛度基本相同。干擾力變化極快（即干擾力的頻率遠大于結構的固有頻率時），結構變形比較小，即動剛度比較大。當干擾力的頻率與結構的固有頻率相近時,有共振現象,此時動剛度最小，即最易變形，其動變形可達靜載變形的幾倍乃至十幾倍。 構件變形常影響構件的工作，例如齒輪軸的過度變形會

5、影響齒輪嚙合狀況，機床變形過大會降低加工精度等。影響剛度的因素是材料的彈性模量和結構形式，改變結構形式對剛度有顯著影響。剛度計算是振動理論和結構穩(wěn)定性分析的基礎。在質量不變的情況下，剛度大則固有頻率高。靜不定結構的應力分布與各部分的剛度比例有關。在斷裂力學分析中，含裂紋構件的應力強度因子可根據柔度求得。1.3結構剛度計算公式 一個結構的剛度（k）是指彈性體抵抗變形拉伸的能力。計算公式：k=P/P是作用于結構的恒力，是由于力而產生的形變。剛度的國際單位是牛頓每米（N/m）。轉動剛度（Rotational stiffness）編輯轉動剛度（k）為：k=M/其中，M為施加的力矩，為旋轉角度。轉動剛度

6、的國際單位為牛米每弧度。轉動剛度還有一個常用的單位為英寸磅每度。其他的剛度包括：拉壓剛度（Tension and compressionstiffness）軸力比軸向線應變（EA)剪切剛度（shear stiffness）剪切力比剪切應變(GA)扭轉剛度（torsional stiffness)扭矩比扭應變(GI)彎曲剛度（bending stiffness）彎矩比曲率（EI）1.4彈性模量 一般來說，剛度和彈性模量是不一樣的。彈性模量是物質組分的性質；而剛度是結構的性質。也就是說，彈性模量是物質微觀的性質，而剛度是物質宏觀的性質。材料力學中，彈性模量與相應截面幾何性質的乘積表示為各類剛度，如

7、GI為扭轉剛度，EI為彎曲剛度，EA為拉壓剛度2強度 力學上，材料在外力作用下抵抗破壞（變形和斷裂）的能力稱為強度。強度是機械零部件首先應滿足的基本要求。2.1力學術語 在外力作用下，材料或結構抵抗破壞（永久變形和斷裂）的能力。按所抵抗外力的作用形式可分為：抵抗靜態(tài)外力的靜強度，抵抗沖擊外力的沖擊強度，抵抗交變外力的疲勞強度等；按環(huán)境溫度可分為：常溫下抵抗外力的常溫強度，高溫或低溫下抵抗外力的熱(高溫)強度或冷(低溫)強度等。按外力作用的性質不同，主要有屈服強度、抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度等，工程常用的是屈服強度和抗拉強度，這兩個強度指標可通過拉伸試驗測出。強度是指零件承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂

8、或超過容許限度的殘余變形的能力。也就是說，強度是衡量零件本身承載能力（即抵抗失效能力）的重要指標。強度是機械零部件首先應滿足的基本要求。機械零件的強度一般可以分為靜強度、疲勞強度（彎曲疲勞和接觸疲勞等）、斷裂強度、沖擊強度、高溫和低溫強度、在腐蝕條件下的耐腐蝕強度、膠合強度等項目。強度的試驗研究是綜合性的研究，主要是通過其應力狀態(tài)來研究零部件的受力狀況以及預測破壞失效的條件和時機。某種材料的強度可由這種材料制成的標準試件作單向載荷(拉伸、壓縮、剪切等)試驗確定。從開始加載到破壞的整個過程中，試件截面所經受的最大應力就反映出材料的強度，通常稱為材料的極限強度。 具有復雜幾何形狀的結構，例如桿系、

9、板、殼體、薄壁系統等工程結構以及自然界中的生物體結構等，它們的強度是指這些結構的極限承載能力。這種能力不僅與結構的材料強度有關，而且與結構的幾何形狀、外力的作用形式等有關。強度問題十分重要，許多房屋、橋梁、堤壩等的倒塌，飛機、航天飛船的墜毀都是由于強度不夠而造成的。所以在工程設計中，強度問題常列為最重要的問題之一。為了確保強度滿足要求，必須在給定的環(huán)境（如外力和溫度）下對結構進行強度計算或強度試驗。強度計算是指計算出材料或結構在給定環(huán)境下的應力和應變，并根據強度理論確定材料或結構是否破壞；強度試驗是指在模擬環(huán)境中檢驗材料或結構是否破壞1 。3強度與剛度的區(qū)別 從工程力學的角度上講： 強度是指某

10、種材料抵抗破壞的能力，即材料破壞時所需要的應力。一般只是針對材料而言的。它的大小與材料本身的性質及受力形式有關。如某種材料的抗拉強度、抗剪強度是指這種材料在單位面積上能承受的最大拉力、剪力，與材料的形狀無關。 剛度指某種構件或結構抵抗變形的能力，即引起單位變形時所需要的應力。一般是針對構件或結構而言的。它的大小不僅與材料本身的性質有關，而且與構件或結構的截面和形狀有關。 不同類型的剛度其表達式也是不同的，如截面剛度是指截面抵抗變形的能力，表達式為材料彈性模量或剪切模量和相應的截面慣性矩或截面面積的乘積。其中截面拉伸（壓縮）剛度的表達式為材料彈性模量和截面面積的乘積；截面彎曲剛度為材料彈性模量和

11、截面慣性矩的乘積等等。 構件剛度是指構件抵抗變形的能力，其表達式為施加于構件上的作用所引起的內力與其相應的構件變形的比值。其中構件抗彎剛度其表達式為施加在受彎構件上的彎矩與其引起變形的曲率變化量的比值；構件抗剪剛度為施加在受剪構件上的剪力與其引起變形的正交夾角變化量的比值。而結構側移剛度則指結構抵抗側向變形的能力，為施加于結構上的水平力與其引起的水平位移的比值等等。 當然，也可以將材料的彈性模量或變形模量理解為材料的剛度。 強度:其法定單位是：牛/平方毫米（N/mm2），即金屬單位面積上所能承受的力的大小。指金屬材料抵抗外力破壞作用的能力?？煞譃椋嚎估瓘姸取⒖箟簭姸?、抗彎強度、抗剪強度。剛度：

12、即硬度，指材料抵抗硬的物體壓入自己表面的能力。其按測定方法不同可用洛氏（HR）硬度、表面洛氏（HR）硬度、維氏（HV）硬度、布氏（HB）硬度來衡量其大小，但均沒單位。硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一項重要的性能指標，它既可理解為是材料抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力，也可表述為材料抵抗殘余變形和反破壞的能 力。硬度不是一個簡單的物理概念，而是材料彈性、塑性、強度和韌性等力學性能的綜合指標。硬度試驗根據其測試方法的不同可分為靜壓法(如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等)、劃痕法(如莫氏硬度)、回跳法(如肖氏硬度)及顯微硬度、高溫硬度等多種方法。4結語 經過本次研究學習，我了解了更多的關于剛度、硬度的知識，清楚來的明白了兩者關系，收獲很大。 參