刚度与强度

刚度与强度
刚度与强度

强度与刚度有什么区别?

1.强度时金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。按外力作用的性质不同,

主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等,工程常用的是屈服强度和抗拉强度,这两个强度指标可通过拉伸试验测出。强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说,强度是衡量零件本身承载能力(即抵抗失效能力)的重要指标。而刚度是一个机构的刚度(k)是指弹性体抵抗变形(弯曲、拉伸、压缩等)的能力。

2.刚度和模量差不多!弹性模量是物质组分的性质;而刚度是固体的性质。也就是说,

弹性模量是物质微观的性质,而刚度是物质宏观的性质。在工程应用中,结构的刚度是十分重要的,因此在选择材料时弹性模量是一个重要指标。当有不可预测的大挠度时,高的弹性模量是十分必要的。当结构需要有好的柔韧性时,就要求弹性模量不要

太高。

3.强度强调的是原始物性,即在一定受载模式下材料对力的本征抗性,也就是说材料的

内部结构的键合性对外力的抗性;刚度强调的是服役物性,即在一定受载模式下材料对力的形态抗性,也就是说材料的宏观形态对外力的抗性

4.材料强度是材料抵抗外力的能力,刚度(或模量也能体现抵抗外力的能力)例如对于

钢铁来说,它在压缩变形的过程中由于存在应变硬化,其强度会不断的增加,其变形也会不断的增加。但是对于陶瓷来说,其模量比较大,在承受相同的载荷的时候其变形是很小的。所以说一个材料可以有很大变形时候也可以有很大的强度,但是另外一种材料其变形能力小的时候同样也有可能又很大的强度。

5.强度是材料固有性能,有不同指标如屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。

而刚度是EI,I为惯性矩,考虑材料的结构设计,多用于材料的结构设计。

6.从工程力学的角度上讲:

1)强度是指某种材料抵抗破坏的能力,即材料破坏时所需要的应力。一般只是针对材料而言的。它的大小与材料本身的性质及受力形式有关。如某种材料的抗拉强度、抗剪强度是指这种材料在单位面积上能承受的最大拉力、剪力,与材料的形状无关。

2)刚度指某种构件或结构抵抗变形的能力,即引起单位变形时所需要的应力。

一般是针对构件或结构而言的。它的大小不仅与材料本身的性质有关,而且与构件或结构的截面和形状有关。

强度是抵抗塑性变形的能力,刚度是表示材料发生弹性变形的难易程度

7.强度是材料抵抗破坏的能力,与材料的性质和应力状态有关。而刚度是构件抵抗变形

的能力。与材料的本身属性和构件的形状都有关系的。

8.硬度,刚度和强度的区别?

1、硬度:金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。硬度是衡量金属材料软硬程度的

一项重要的性能指标,它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的

能力,也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个简单的物

理概念,而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。

2、刚度:金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。刚度是指零件在载荷作用

下抵抗弹性变形的能力。零件的刚度(或称刚性)常用单位变形所需的了或力

矩来表示,刚度的大小取决于零件的几何形状和材料种类(即材料的弹性模

量)。刚度要求对于某些弹性变形量超过一定数值后,会影响机器工作质量的

零件尤为重要,如机床的主轴、导轨、丝杠等。

3、强度:金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。强度是指零件

承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说,强度

是衡量零件本身承载能力(即抵抗失效能力)的重要指标。强度是机械零部件

首先应满足的基本要求。机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度(弯

曲疲劳和接触疲劳等)、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件

下的强度和蠕变、胶合强度等项目。强度的试验研究是综合性的研究,主要是

通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效

9.刚度EI,其中E表现为材料的性能,I则表现在结构方面,刚度是一个具体的构件的性能指标,

强度可以是材料本身,也可以是一个结构件整体。

10.强度是抵抗破坏的能力,而刚度是抗变形能力。

11. 刚度应该是与材料韧性有关,可用弹性模量E表示。

12用拉伸曲线来解释,刚度是拉伸曲线中最初始的直线段的斜率表示的,而强度是用直线断后曲线段的几个特征值来表征的,分为屈服强度、抗拉强度等。二者有一定关联,但表示不同的意义。.

第四章 扭的强度与刚度计算

一、 传动轴如图19-5(a )所示。主动轮A 输入功率kW N A 75.36=,从动轮D C B 、、输出功率分别为kW N kW N N D C B 7.14,11===,轴的转速为n =300r/min 。试画出轴的扭矩图。 解 (1)计算外力偶矩:由于给出功率以kW 为单位,根据(19-1)式: 1170300 75 .3695509550=?==n N M A A (N ·m ) 351300 11 95509550=?===n N M M B C B (N ·m ) 468300 7 .1495509550=?==n N M D D (N ·m ) (2)计算扭矩:由图知,外力偶矩的作用位置将轴分为三段:AD CA BC 、、。现分别在各段中任取一横截面,也就是用截面法,根据平衡条件计算其扭矩。 BC 段:以1n M 表示截面Ⅰ-Ⅰ上的扭矩,并任意地把1n M 的方向假设为图19-5(b )所示。根据平衡条件0=∑x m 得: 01=+B n M M 3511-=-=B n M M (N ·m ) 结果的负号说明实际扭矩的方向与所设的相反,应为负扭矩。BC 段内各截面上的扭矩不变,均为351N ·m 。所以这一段内扭矩图为一水平线。同理,在CA 段内: M n Ⅱ+0=+B C M M Ⅱn M = -B C M M -= -702(N ·m ) AD 段:0=D n M M -Ⅲ 468==D n M M Ⅲ(N ·m ) 根据所得数据,即可画出扭矩图[图19-5(e )]。由扭矩图可知,最大扭矩发生在CA 段内,且702max =n M N ·m 二、 如图19-15所示汽车传动轴AB ,由45号钢无缝钢管制成,该轴的外径 (a ) (c ) C m (d ) (e ) 图19-5 (b )

MATLAB轴的强度与刚度校核

Matlab三级项目 用matlab实现轴强度刚度的校核 专业:工程设计与分析 学号:110101010346 姓名:杨晨 指导老师:孙建亮

引言 传统校核过程的相对固定,以及冗繁的计算量使得程序化的实现成为了我的首选。为简化计算,在“工欲善其事,必先利其器”思想的指导下,我尝试写了这个多参数函数,与传统机械设计中的强度刚度校核理论相结合验证,结果无误。 理论基础 《材料力学》中提到了扭转剪应力、弯曲剪应力、弯曲正应力的各自计算方法。《机械设计》中关于轴的设计及刚度强度的校核过程。 常见的轴有转轴,心轴和传动轴。在上学期的机械设计课程设计中的减速器中所用的都为转轴。轴的材料主要采用碳素钢和合金钢,其中最常用的事45钢,应进行调质和正火处理,基本界面确定之后将用45钢进行调整和试运行。本次课程设计为了实现广泛性将不确定材料,因此所用系数因具体的材料,毛坯直径及热处理方法由机械设计手册查得。 在一般情况下,轴的工作能力主要决定于它的强度和刚度,对于高转速轴,有时还决定于它的振动稳定性。在设计轴时,除了要按这些工作能力准则进行设计计算或校核计算以外,在结构设计时还需要使其能满足其他一系列要求,例如轴上零件固定的要求、热处理要求、运转维护等。 所以,本软件的功用旨在使得以往复杂的算法程序化。使用者输入相关参数即可得出结果,而且可以重复计算,方便而且可靠。

同时,可以给出查表或者查数据所需的一些简单计算的结果,方便用户进行设计计算。并且,在一些需要用户人工选择的情况下,给出一定的参考值或者参考意见。 一、轴的强度设计 1.1按许用弯曲应力的计算 由弯矩所产生的弯曲应力b σ应不超过许用弯曲应力,一般计算顺序 如下: 1.画出轴的空间受力简图,将轴上作用力分解为水平受力图和垂直受力图。求出水平面上和垂直面上的弯矩Mxy 图和Mxz 图。 2.作出弯矩M=22Mxz xy +M 图 3.作出转矩T 图。 4.应用公式M`=22)(T M α+M`图。(式中α是根据转矩性质而定的应力校正系数。对于不变的转矩,取α=[]b 1-σ/[]b 1+σ,对于脉动的轴,取α为[]b 1-σ/[]b 0σ,对于对称循环的转矩,取α=1. []b 1-σ[]b 1+σ[]b 0σ,分别为材料在静,脉动循环和对称循环应力状态下的需用弯曲应力。其值可由机械设计课本表7-3选取。 5.计算应满足下列条件。 2222 22()()4()21()[]W M T M T W W W M T αασασ+=+= =+≤

第八章 杆类构件的强度与刚度设计

第八章杆类构件的强度与刚度设计 ————材料力学教案

第八章 杆类构件的强度与刚度设计 杆类构件包括杆、梁、轴和柱。在常温、静载荷作用下,杆、梁、轴的设计主要涉及强度设计和刚度设计;柱的设计,除了满足强度要求外还需要满足稳定性要求。 本章主要涉及杆类构件在静荷载作用下的强度和刚度设计。关于柱的稳定性设计将在以后的章节中详细介绍,而轴的疲劳强度设计,将在专题中或其它课程中讨论。 §8-1设计原则与设计过程 1强度设计 杆类构件在外载荷作用下,由内力分析,建立杆件横截面内力沿杆长方向分布变化的规律,绘制内力图,从内力的变化中找到内力最大的截面,从而确定可能最先发生强度失效的那些截面,称为危险截面。 通过应力分析,建立横截面上应力分布规律,确定危险截面上哪些点最先可能发生强度失效,这些点称为危险点。 强度失效不仅与应力大小有关,而且与危险点的应力状态有关。因此,根据材料性能和应力状态,首先判断可能的失效形式(屈服还是断裂)从而选择相应的设计准则;然后根据设计准则,由不同的工程要求进行下列几方面的计算(以拉伸杆件为例): 强度校核:当外力、杆件各部分尺寸及材料许用应力均为已知时,验证危险点的应力强度是否满足设计准则。 截面设计:当外力及材料许用应力为已知时根据设计准则设计杆件横截面尺寸。 确定许可载荷:当杆件各部分尺寸及材料许用应力已知时,确定构件或结构所能承受的最大载荷。 选择材料:当外力、杆件各部分尺寸已知时,根据经济安全的原则以及其它工程要求,选择合适的材料。 2刚度设计 刚度设计就是根据工程要求,对构件进行设计,以保证在确定的外部荷载作用下,构件的弹性位移(最大位移或者指定位置处的位移)不超过规定的数值。于是 对于拉压杆,刚度设计准则为 []N N u u ≤ (8-1) 式中, N u 为轴向位移;[]N u 为许用轴向位移。 对于梁,刚度设计准则为 []w w ≤ (8-2) []θθ≤ (8-3) 式中,w 和θ分别为梁的挠度和转角;[w ]和[θ]分别为许用挠度和许用转角。 对于受扭圆轴,刚度设计准则为 []??≤ (8-4)

车车架的结构设计与强度和刚度分析.

第29卷第7期2007年7月 北J佣maI 京科技大学学报 VoI.29No.7 ofUnive玮ityofscien傥andT∞hnolo科Beijing Jul.2007 SGA92150型半挂车车架的结构设计与 强度和刚度分析 张国芬1’ 张文明1’ 剥、玉亮1’ 董翠燕2) 1)北京科技大学土木与环境工程学院,北京1000832)北京首钢重型汽车制造厂,北京100043 摘要对渊2150型半挂车车架的总体布置、纵梁、横梁、纵梁与横梁的连接等进行了设计.利用有限元软件Ansys workbench对车架进行应力和变形计算,利用Matlab软件采用传统方法对纵梁进行受力分析和应力计算.结果表明车架强度和刚度均满足要求.关键词半挂车;车架;结构设计;强度分析;刚度分析;有限元法;实体单元分类号TD402;U469.5+3;U463.32 SGA92150型半挂车是笔者设计、北京首钢重型汽车制造厂2005年生产的重型运输车辆,它是迄今为止国内载重量最大的半挂车,具有以下四大特点:(1)属非公路平板运输车,适用于露天矿山运输大型设备,工作条件恶劣;(2)载重量大,额定载重质量150t;(3)半挂车车架纵梁长(23m),支点跨距大(18.8m),货箱面积大(17m×6m);(4)半挂车车架采用变截面梁,质量轻(总质量31t).因而,半挂车车架的设计与普通车辆不同,需要考虑每部分应力和变形,而且尽可能减轻自身重量. 由于车架结构复杂,用经典力学方法分析其强 度和刚度不可能得到精确的结果.有限元法以离 鹅颈式.为了具有足够的强度和刚度,所设计车架材料选用16Mn钢板,采用焊接式结构.1.1总体布置 sGA92150型半挂车车架总体布置如图1所示,这里总体布置的几个总成是按照焊接次序分层的,牵引销座属于前部鹅颈总成,轮轴座属于后部轮轴座总

梁的强度和刚度计算.

梁的强度和刚度计算 1.梁的强度计算 梁的强度包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力,设计时要求在荷载设计值作用下,均不超过《规范》规定的相应的强度设计值。 (1)梁的抗弯强度 作用在梁上的荷载不断增加时正应力的发展过程可分为三个阶段,以双轴对称工字形截面为例说明如下: 梁的抗弯强度按下列公式计算: 单向弯曲时 f W M nx x x ≤=γσ (5-3) 双向弯曲时 f W M W M ny y y nx x x ≤+=γγσ (5-4) 式中:M x 、M y ——绕x 轴和y 轴的弯矩(对工字形和H 形截面,x 轴为强轴,y 轴为弱轴); W nx 、W ny ——梁对x 轴和y 轴的净截面模量; y x γγ,——截面塑性发展系数,对工字形截面,20.1,05.1==y x γγ;对箱形截面,05.1==y x γγ;对其他截面,可查表得到; f ——钢材的抗弯强度设计值。 为避免梁失去强度之前受压翼缘局部失稳,当梁受压翼缘的外伸宽度b 与其厚度t 之比大于y f /23513 ,但不超过y f /23515时,应取0.1=x γ。 需要计算疲劳的梁,按弹性工作阶段进行计算,宜取0.1==y x γγ。 (2)梁的抗剪强度 一般情况下,梁同时承受弯矩和剪力的共同作用。工字形和槽形截面梁腹板上的剪应力分布如图5-3所示。截面上的最大剪应力发生在腹板中和轴处。在主平面受弯的实腹式梁,以截面上的最大剪应力达到钢材的抗剪屈服点为承载力极限状态。因此,设计的抗剪强度应按下式计算

v w f It ≤=τ (5-5) 式中:V ——计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值; S ——中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩; I ——毛截面惯性矩; t w ——腹板厚度; f v ——钢材的抗剪强度设计值。 图5-3 腹板剪应力 当梁的抗剪强度不满足设计要求时,最常采用加大腹板厚度的办法来增大梁的抗剪强度。型钢由于腹板较厚,一般均能满足上式要求,因此只在剪力最大截面处有较大削弱时,才需进行剪应力的计算。 (3)梁的局部承压强度 图5-4局部压应力 当梁的翼缘受有沿腹板平面作用的固定集中荷载且该荷载处又未设置支承加劲肋,或受有移动的集中荷载时,应验算腹板计算高度边缘的局部承压强度。 在集中荷载作用下,翼缘类似支承于腹板的弹性地基梁。腹板计算高度边缘的压应力分布如图5-4c 的曲线所示。假定集中荷载从作用处以1∶2.5(在h y 高度范围)和1∶1(在h R 高度范围)扩散,均匀分布于腹板计算高度边缘。梁的局部承压强度可按下式计算

提高强度和刚度的结构设计

提高强度和刚度的结构设计 《结构设计》课题设计题目:1)提高强度和刚度的结构设计 2)提高耐磨性的结构设计 组员: 李秀彦 36 张策升 22 王宇 43 目录 提高强度和刚度的结构设计 1、载荷分担 2、载荷均布 3、减少及其零件的应力集中 4、利用设置肋板的设施提高刚度 提高耐磨性的结构设计 1、改善润滑条件 2、合理选择摩擦副的材料和处理 3、使磨损均匀,避免局部磨损 4、调节和补偿 一、提高强度和刚度的机构设计 机械结构设计包括两种 : 一是应用新技术、新方法开发创造新机械 ; 二是在原有机械的基础上重新设计或进行局部改进 , 从而改变或提高原有机械的性能。因此掌握丰富的工程知识是机械专业的教师应具备的素质之一 ; 是连接基础理论与实践经验的桥梁 ; 是正确进行机械结构设计的前提 ; 同时也是从事科研活动、将力学、材料、工艺、制图等多学科知识综合运用的过程。机械结构形式虽然千差万别 , 但其功能的实现几乎都与力力矩的产

生、转换、传递有关。机械零件具有足够的承载能力是保障机械结构实现预定功能的先决条件。所以在机械结构设计中 , 根据力学理论对零件的强度、刚度和 稳定性进行分析是必不可少的 , 并在此基础上 , 进行结构设计。改善力学性能在机械结构设计中合理地运用力学知识 , 遵循以下几个原则 : 一、载荷分担原则 作用在零件上的外力、弯矩、扭矩等统称为载荷。这些载荷中不随时间变化或随时间变化缓慢的称为静载荷。随时间作周期性变化或非周期性变化的称为变载荷。它们在零件中引起拉、压、弯、剪、扭等各种应力 , 并产生相应的变形。如果同一零件上同时承担了多种载荷的作用 , 则可考虑将这些载荷分别由不同的零件来承担。设计时采取一定的结构形式 , 将载荷分给两个或多个零件来承担 , 从而减轻单个零件的载荷 , 称为载荷分担原则。这样有利于提高机械结构的承载能力。 1改变结构 , 减小轴的受力 如图 1 - a 所示 , 轴已经承受了弯矩的作用 , 如果齿轮再经过轴将转矩传递给卷筒 , 则轴为转轴工作时既承受弯矩又承受转矩 , 受力较大。如果将齿轮和卷筒改用螺栓直接联接 , 则轴不受转矩作用 , 轴为转动心轴用来支承转动零件 , 只承受弯矩而不传递转矩 , 轴的受力情况得到改善 , 结构较合理。如图 1 - b 所示。 2采用减载装置 , 提高螺纹联接的可靠性 如图 2 所示 , 靠摩擦力传递横向载荷的紧螺栓联接 , 要求保持较大的预紧力 , 结果会使螺栓的结构尺寸增大。此外 , 在振动、冲击或变载荷下 ,

梁的强度与刚度计算

第八章梁的强度与刚度 第二十四讲梁的正应力截面的二次矩 第二十五讲弯曲正应力强度计算(一) 第二十六讲弯曲正应力强度计算(二) 第二十七讲弯曲切应力简介 第二十八讲梁的变形概述提高梁的强度和刚度 第二十四讲纯弯曲时梁的正应力常用截面的二次矩目的要求:掌握弯曲梁正应力的计算和正应力分布规律。

教学重点:弯曲梁正应力的计算和正应力分布规律。 教学难点:平行移轴定理及其应用。 教学内容: 第八章平面弯曲梁的强度与刚度计算 §8-1 纯弯曲时梁的正应力 一、纯弯曲概念: 1、纯弯曲:平面弯曲中如果某梁段剪力为零,该梁段称为纯弯曲梁段。 2、剪切弯曲:平面弯曲中如果某梁段剪力不为零(存在剪力),该梁段称为剪切弯曲梁段。 二、纯弯曲时梁的正应力: 1、中性层和中性轴的概念: 中性层:纯弯曲时梁的纤维层有的变长,有的变短。其中有一层既不伸长也不缩短,这一层称为中性层。 中性轴:中性层与横截面的交线称为中性轴。 2、纯弯曲时梁的正应力的分布规律: 以中性轴为分界线分为拉区和压区,正弯矩上压下拉,负弯矩下压上拉,正应力成线性规律分布,最大的正应力发生在上下边沿点。 3、纯弯曲时梁的正应力的计算公式: (1)、任一点正应力的计算公式: (2)、最大正应力的计算公式: 其中:M---截面上的弯矩;I Z---截面对中性轴(z轴)的惯性矩; y---所求应力的点到中性轴的距离。

说明:以上纯弯曲时梁的正应力的计算公式均适用于剪切弯曲。 §8-2 常用截面的二次矩平行移轴定理 一、常用截面的二次矩和弯曲截面系数: 1、矩形截面: 2、圆形截面和圆环形截面:

圆形截面 圆环形截面 其中: 3、型钢: 型钢的二次矩和弯曲截面系数可以查表。 二、组合截面的二次矩平行移轴定理 1、平行移轴定理: 截面对任一轴的二次矩等于它对平行于该轴的形心轴的二次矩,加上截面面积与两轴之间的距离平方的乘积。 I Z1=I Z+a2A 2、例题: 例1:试求图示T形截面对其形心轴的惯性矩。 解:1、求T形截面的形心座标yc 2、求截面对形心轴z轴的惯性矩

刚度与强度

强度与刚度有什么区别? 1.强度时金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。按外力作用的性质不同, 主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等,工程常用的是屈服强度和抗拉强度,这两个强度指标可通过拉伸试验测出。强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说,强度是衡量零件本身承载能力(即抵抗失效能力)的重要指标。而刚度是一个机构的刚度(k)是指弹性体抵抗变形(弯曲、拉伸、压缩等)的能力。 2.刚度和模量差不多!弹性模量是物质组分的性质;而刚度是固体的性质。也就是说, 弹性模量是物质微观的性质,而刚度是物质宏观的性质。在工程应用中,结构的刚度是十分重要的,因此在选择材料时弹性模量是一个重要指标。当有不可预测的大挠度时,高的弹性模量是十分必要的。当结构需要有好的柔韧性时,就要求弹性模量不要 太高。 3.强度强调的是原始物性,即在一定受载模式下材料对力的本征抗性,也就是说材料的 内部结构的键合性对外力的抗性;刚度强调的是服役物性,即在一定受载模式下材料对力的形态抗性,也就是说材料的宏观形态对外力的抗性 4.材料强度是材料抵抗外力的能力,刚度(或模量也能体现抵抗外力的能力)例如对于 钢铁来说,它在压缩变形的过程中由于存在应变硬化,其强度会不断的增加,其变形也会不断的增加。但是对于陶瓷来说,其模量比较大,在承受相同的载荷的时候其变形是很小的。所以说一个材料可以有很大变形时候也可以有很大的强度,但是另外一种材料其变形能力小的时候同样也有可能又很大的强度。 5.强度是材料固有性能,有不同指标如屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。 而刚度是EI,I为惯性矩,考虑材料的结构设计,多用于材料的结构设计。 6.从工程力学的角度上讲: 1)强度是指某种材料抵抗破坏的能力,即材料破坏时所需要的应力。一般只是针对材料而言的。它的大小与材料本身的性质及受力形式有关。如某种材料的抗拉强度、抗剪强度是指这种材料在单位面积上能承受的最大拉力、剪力,与材料的形状无关。 2)刚度指某种构件或结构抵抗变形的能力,即引起单位变形时所需要的应力。 一般是针对构件或结构而言的。它的大小不仅与材料本身的性质有关,而且与构件或结构的截面和形状有关。 强度是抵抗塑性变形的能力,刚度是表示材料发生弹性变形的难易程度 7.强度是材料抵抗破坏的能力,与材料的性质和应力状态有关。而刚度是构件抵抗变形 的能力。与材料的本身属性和构件的形状都有关系的。

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