强度与刚性的基础知识.docx

1、为了保证机械系统或者整个结构的正常工作，保证其中每个零部件或者构件都能够正常的工作。工程构件安全设计的任务就是保证构件具有足够的强度、刚度及稳定性。稳定性很好理解，受力作用下保持或者恢复原来平衡形式的能力。例如承压的细杆突然弯曲，薄壁构件承重发生褶皱或者建筑物的立柱失稳导致坍塌。对于刚度和强度的理解定义：构件或者零部件在外力作用下，抵御破坏（断裂）或者显著变形的能力。提取关键字，破坏断裂，显著变形。强度是反映材料发生断裂等破坏时的参数，强度一般有抗拉强度，抗压强度等，就是当应力达到多少时材料发生破坏的量，强度单位一般是兆帕。脆性断裂：在没有明显的塑形变形情况下发生的突然断裂。如铸铁试件在拉伸时

2、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。塑形屈服：材料产生显著的塑形变形而使构件丧失工作能力，如低碳钢试样在拉伸或扭转时都会发生显著的塑形变形。只要构件内一点处的最大拉应力1达到单向应力状态下的极限应力b，材料就要发生脆性断裂。危险点处于复杂应力状态的构件发生脆性断裂破坏的条件是：1=b。所以按第一强度理论建立的强度条件为：1。只要最大拉应变1达到单向应力状态下的极限值u，材料就要发生脆性断裂破坏。1=u；由广义胡克定律得：1=1-(2+3)/E，所以1-(2+3)=b。按第二强度理论建立的强度条件为：1-(2+3)。只要最大切应力max达到单向应力状态下的极限切应力0，材料就要

3、发生屈服破坏。max=0。依轴向拉伸斜截面上的应力公式可知0=s/2（s横截面上的正应力）由公式得：max=（1-3）/2。所以破坏条件改写为1-3=s。按第三强度理论的强度条件为：1-3。只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值，材料就要发生屈服破坏。所以按第四强度理论的强度条件为：sqrt(12+22+32-12-23-31)。定义：指构件或者零件在外力作用下，抵御弹性变形或者位移的能力，即弹性变形或者唯一不应该超过工程允许的范围。刚度是反映结构变形与力的大小关系的参数，即结构受多大力产生多少变形的量，简单说，就是一根弹簧，拉力除以伸长量就是弹簧的刚度。刚度单位一般是 N/

4、m。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。静刚度主要包括结构刚度和接触刚度。结构刚度即指构件自身的刚度，主要有弯曲刚度和扭转刚度。1.弯曲刚度 k 按下式计算：k=P/式中 P静载荷(N);在载荷方向的弹性变形(m)。2.扭转刚度 kM按下式计算：kM=ML/式中 M作用的扭矩(Nm);L扭矩作用处到固定端的距离(m);扭转角()通过对上述关于强度和刚度的理论理解，相对于刚度，强度的定义针对的是外力作用下的破坏，而破坏类型的分类为塑形屈服及脆性断裂，由此联想到拉伸时的应力应变曲线。刚度的定义是在于抵抗弹性变形，是在第一阶段下进行的，弹性作用下满足胡克定律，观察静载荷下弯曲刚度与扭转刚度的计算公式，类似于胡克定律，可推测刚度的测量仅仅在弹性变形阶段进行。在进入下一阶段后，对于拉伸过程中塑形应变火残余应变不会消失，在应力应变曲线下，应力几乎不变，而应变显著增加，此时应力为屈服极限。且对于材料则进入了塑形屈服的破坏阶段，在进入强化阶段后，应变随应力的增加而增加，最后到达强度极限。由此可见关于强度的测量是在于材料弹性形变之后而强度极限之前。