材料力学——基础知识之（刚度、强度）（一）

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工作中，常常遇到一些年轻的工程师，甚至所谓“经验丰富”的老工程师，常常搞不清“刚度”和“强度”的概念。有些学生也是这样，一本材料力学都学结束了，仍然弄不清这两个概念到底有什么用。
在此，简单的解释一下这两个概念。如果现在还有不清楚的朋友，希望读完之后，记牢了这两个基本的概念。不要闹出笑话来。
基本概念
我们可以把材料力学中的“刚度”和“强度”这两个概念，想象成是两个不同的“超能力”，帮助我们了解材料在受力时的表现。
一、刚度：
1、简单定义：
刚度是指材料在受力时抵抗变形的能力。刚度越大，材料在受力时变形越小。
以弹簧为例：想象你有两个弹簧，一个很硬，另一个很软。用相同的力量去拉这两个弹簧，硬弹簧几乎不变长，而软弹簧会变得很长。硬弹簧的“刚度”更大。
（如下图，K值越大，则该弹簧的刚度越大）
材料力学——基础知识之（刚度、强度）（一）
2、材料力学中，如何数学表达？
首先，在脑海中要建立这样的联系，刚度描述的是抵抗变形能力，那么它就和变形紧密相关。而变形主要有这几个基本类型：拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲。为此，就引出三个基本的刚度形式：抗拉刚度、抗扭刚度和抗弯刚度。
材料力学——基础知识之（刚度、强度）（一）
①抗拉刚度
抗拉刚度（或称抗拉弹性刚度）是衡量材料或构件在受到拉力作用下抵抗伸长变形的能力。
材料力学——基础知识之（刚度、强度）（一）
材料力学——基础知识之（刚度、强度）（一）

结论

抗拉刚度EA是描述材料在受拉荷载作用下抗变形能力的重要参数，它取决于材料的弹性模量E 和构件的横截面积A。通过对抗拉刚度的理解和应用，可以在实际工程设计中对材料和构件进行合理选择和优化。
②抗扭刚度
定义：抗扭刚度（或称抗扭弹性刚度）是描述构件在受扭转荷载作用下抵抗扭转变形的能力。它对于许多工程应用，如轴、杆件、以及机械零件的设计和分析，都是一个重要的参数。
材料力学——基础知识之（刚度、强度）（一）
材料力学——基础知识之（刚度、强度）（一）
材料力学——基础知识之（刚度、强度）（一）
③抗弯刚度
杆件的弯曲刚度是衡量杆件在受弯时抵抗弯曲变形能力的一个重要参数。弯曲刚度与杆件的几何形状、材料性质以及载荷位置等因素有关。杆件的弯曲刚度（通常用EI表示）是指杆件在受弯时的刚度，E是材料的弹性模量，I是截面的惯性矩（也叫做二次矩）。
材料力学——基础知识之（刚度、强度）（一）

应用举例:

假设有一根长度为L的梁，其截面为矩形，宽度为b，高度为h。材料的弹性模量为E。则该梁的弯曲刚度EI为：
材料力学——基础知识之（刚度、强度）（一）
如果梁在受均布载荷或集中载荷作用下发生弯曲，可以利用梁的弯曲方程和边界条件来计算挠度、反力和弯矩等。
二、强度
    1. 1. 简单定义：强度是指材料在承受外力时能够承受的最大应力（即，单位面积上的力）而不发生破坏的能力。强度越大，材料可以承受的最大力量也越大。
举例：想象你有两个木棍，一个很粗，一个很细。用同样的力量去压这两个木棍，细木棍会更容易折断。粗木棍的“强度”更大。
强度可以用“抗拉强度”或“抗压强度”等来表示。这些参数告诉我们在什么样的力量下材料会发生断裂或破坏。
正文完
材料
发表至： 专业知识
2024-09-18
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