材料力學(xué)——基礎(chǔ)知識之（剛度、強(qiáng)度）（一）

福州電校焊接班 2024-09-08 發(fā)布于福建

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工作中，常常遇到一些年輕的工程師，甚至所謂“經(jīng)驗(yàn)豐富”的老工程師，常常搞不清“剛度”和“強(qiáng)度”的概念。有些學(xué)生也是這樣，一本材料力學(xué)都學(xué)結(jié)束了，仍然弄不清這兩個(gè)概念到底有什么用。

在此，簡單的解釋一下這兩個(gè)概念。如果現(xiàn)在還有不清楚的朋友，希望讀完之后，記牢了這兩個(gè)基本的概念。不要鬧出笑話來。

基本概念

我們可以把材料力學(xué)中的“剛度”和“強(qiáng)度”這兩個(gè)概念，想象成是兩個(gè)不同的“超能力”，幫助我們了解材料在受力時(shí)的表現(xiàn)。

一、剛度：

1、簡單定義：

剛度是指材料在受力時(shí)抵抗變形的能力。剛度越大，材料在受力時(shí)變形越小。

以彈簧為例：想象你有兩個(gè)彈簧，一個(gè)很硬，另一個(gè)很軟。用相同的力量去拉這兩個(gè)彈簧，硬彈簧幾乎不變長，而軟彈簧會(huì)變得很長。硬彈簧的“剛度”更大。

（如下圖，K值越大，則該彈簧的剛度越大）

2、材料力學(xué)中，如何數(shù)學(xué)表達(dá)？

首先，在腦海中要建立這樣的聯(lián)系，剛度描述的是抵抗變形能力，那么它就和變形緊密相關(guān)。而變形主要有這幾個(gè)基本類型：拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲。為此，就引出三個(gè)基本的剛度形式：抗拉剛度、抗扭剛度和抗彎剛度。

①抗拉剛度

抗拉剛度（或稱抗拉彈性剛度）是衡量材料或構(gòu)件在受到拉力作用下抵抗伸長變形的能力。

結(jié)論

抗拉剛度EA是描述材料在受拉荷載作用下抗變形能力的重要參數(shù)，它取決于材料的彈性模量E 和構(gòu)件的橫截面積A。通過對抗拉剛度的理解和應(yīng)用，可以在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中對材料和構(gòu)件進(jìn)行合理選擇和優(yōu)化。

②抗扭剛度

定義：抗扭剛度（或稱抗扭彈性剛度）是描述構(gòu)件在受扭轉(zhuǎn)荷載作用下抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力。它對于許多工程應(yīng)用，如軸、桿件、以及機(jī)械零件的設(shè)計(jì)和分析，都是一個(gè)重要的參數(shù)。

③抗彎剛度

桿件的彎曲剛度是衡量桿件在受彎時(shí)抵抗彎曲變形能力的一個(gè)重要參數(shù)。彎曲剛度與桿件的幾何形狀、材料性質(zhì)以及載荷位置等因素有關(guān)。桿件的彎曲剛度（通常用EI表示）是指桿件在受彎時(shí)的剛度，E是材料的彈性模量，I是截面的慣性矩（也叫做二次矩）。

應(yīng)用舉例:

假設(shè)有一根長度為L的梁，其截面為矩形，寬度為b，高度為h。材料的彈性模量為E。則該梁的彎曲剛度EI為：

如果梁在受均布載荷或集中載荷作用下發(fā)生彎曲，可以利用梁的彎曲方程和邊界條件來計(jì)算撓度、反力和彎矩等。

二、強(qiáng)度

1. 簡單定義：強(qiáng)度是指材料在承受外力時(shí)能夠承受的最大應(yīng)力（即，單位面積上的力）而不發(fā)生破壞的能力。強(qiáng)度越大，材料可以承受的最大力量也越大。

舉例：想象你有兩個(gè)木棍，一個(gè)很粗，一個(gè)很細(xì)。用同樣的力量去壓這兩個(gè)木棍，細(xì)木棍會(huì)更容易折斷。粗木棍的“強(qiáng)度”更大。

強(qiáng)度可以用“抗拉強(qiáng)度”或“抗壓強(qiáng)度”等來表示。這些參數(shù)告訴我們在什么樣的力量下材料會(huì)發(fā)生斷裂或破壞。

【未完，待續(xù)】

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