發(fā)布時間：2022-03-14 熱度：

在實際應用中，經常會遇到零件的剛性要求，通俗來說就是指在某些條件下，材料不能被破壞，或者最大變形不能超過某個值。那從技術指標上看，是用哪些量來衡量？如何利用這些量來判定的呢？

• 強度要求：在規(guī)定載荷作用下的構件不應破壞；

  
  

• 剛度要求：構件應有足夠抵抗變形的能力；

  
  

• 穩(wěn)定性要求：構件應有足夠保持原有平衡形態(tài)的能力。

其中，變形的基本形式包括拉伸、壓縮、剪切、扭轉和彎曲等。

上圖為一般拉伸應力-應變曲線，通常可以通過拉伸測試得到。那么從應力-應變曲線中，可以獲取哪些信息呢？

首先，材料拉伸可以分為4個階段：即彈性階段--屈服階段--強化階段--局部變形階段。圖中ob 為彈性階段，此階段遵循胡克定律，即

其中，E 為拉伸彈性模量（或楊氏模量），b 點的應力為彈性極限；bc 段為屈服階段，此階段失去了抵抗變形的能力，c 點的應力為屈服極限；ce 段為強化階段，此階段恢復了抵抗變形的能力，最高點e 點的應力為強度極限；ef 段為局部變形階段，此階段橫向尺寸會突然急劇減小，直至斷裂。

當然，不是所有的材料都有明顯的4個階段，例如有些脆性材料的屈服階段、強化階段會很小。所以，對于未知材料需要通過測試來獲取這些參數(shù)，從而加深對材料的認識。

通過以上內容，我們得知脆性材料斷裂時的應力為強度極限σb，塑性材料屈服的應力為屈服極限σs，這兩個參數(shù)為構件失效時的極限應力。在工程中會根據(jù)材料的不同，考慮不同的安全因數(shù)。極限應力與安全因數(shù)的比值為許用應力[σ]。為了保證構件能正常工作，其工作應力σ 必須小于許用應力[σ]。

對于脆性材料：

對于塑性材料：

以下為某項目頂蓬局部應力計算結果，已知此材料的屈服強度為7.5MPa，判斷所顯示區(qū)域是否有失效風險。

當安全因數(shù)為1.5時，此材料的許用應力為5MPa。從圖中可知，橙色和紅色部分的應力大于5MPa?？梢耘卸ǎ@些區(qū)域有失效風險。

在材料力學中，通俗上所說的彎曲變形又稱撓度，定義為在受力或非均勻溫度變化時，桿件軸線在垂直于軸線方向的線位移，或板殼中面在垂直于中面方向的線位移，其英文為Deflection。運用疊加法可以推導出梁在簡單載荷作用（包括懸臂、簡支等）下的變形，下圖列出了部分公式^[1]：

表1 梁在簡單載荷作用下的變形

以上表中的2號結構為例，對于長度為l 的懸臂梁，在自由端施加力F，其最大撓度為：

其中，EI 為梁的抗彎剛度，E 為材料的彈性模量，I 為截面慣性矩，與截面形狀有關。

從上式可以得出：若要減小最大撓度，可以減小力F，或減小梁的長度l，或增加材料的彈性模量E，或增加截面慣性矩I。