各种许用应力与抗拉强度、屈服强度的关系
抗拉强度和屈服强度关系
抗拉强度和屈服强度关系抗拉强度与屈服强度是材料力学中两个非常重要的概念。
它们描述了材料在不同应力条件下的表现，对于工程师和材料科学家来说，了解这两者之间的关系至关重要。
抗拉强度，也被称为极限强度或强度极限，是指材料在拉伸过程中所能承受的最大应力，而不发生断裂。
这是一个关键的指标，因为它直接关系到材料在使用过程中的安全性和可靠性。
当材料受到的应力超过其抗拉强度时，材料将发生断裂，从而失去其承载能力。
而屈服强度，也称为流动强度或屈服点，是材料在受到拉伸应力时开始发生塑性变形的应力值。
这意味着，当材料受到的应力达到屈服强度时，它开始永久性地变形，而不仅仅是弹性变形。
屈服强度是材料从弹性状态过渡到塑性状态的分界点。
抗拉强度与屈服强度之间存在一种密切的关系，但又有明显的区别。
抗拉强度是材料能够承受的最大应力，而屈服强度是材料开始发生塑性变形的应力。
通常，抗拉强度会高于屈服强度，因为在材料达到其最大承载能力之前，它通常会先经历屈服阶段。
这种关系在实际应用中具有重要意义。
例如，在结构设计中，工程师需要确保所选材料能够承受预期的最大载荷，同时也要考虑到材料在受到应力时的变形行为。
通过了解材料的抗拉强度和屈服强度，工程师可以更加准确地预测材料在不同应力条件下的表现，从而确保结构的安全性和稳定性。
此外，抗拉强度和屈服强度还受到材料类型、热处理、加工工艺等多种因素的影响。
不同的材料可能具有不同的抗拉强度和屈服强度，而同一材料在不同的处理条件下也可能表现出不同的力学性能。
因此，在选择材料和制定加工工艺时，需要充分考虑这些因素对材料性能的影响。
综上所述，抗拉强度和屈服强度是材料力学中两个重要的性能指标。
它们描述了材料在不同应力条件下的表现，对于预测材料的行为和确保结构的安全性至关重要。
通过深入了解这两者之间的关系以及影响因素，我们可以更好地选择和应用材料，为工程实践提供有力的支持。
抗拉强度和屈服强度
抗拉强度和屈服强度文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]抗拉强度和屈服强度抗拉强度抗拉强度（tensile strength）抗拉强度（бb）指材料在拉断前承受最大应力值。
当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。
此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。
钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。
单位:kn/mm２（单位面积承受的公斤力）抗拉强度：extensional rigidity.抗拉强度=Eh，其中E为杨氏模量，h为材料厚度目前国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定!拉伸强度拉伸强度（tensile strength）是指材料产生最大均匀塑性变形的应力。
（1）在拉伸试验中，试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度，其结果以MPa表示。
有些错误的称之为抗张强度、抗拉强度等。
（2）用仪器测试样拉伸强度时，可以一并获得拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、断裂伸长率等数据。
（3）拉伸强度的计算：σt = p /（b×d）式中，σt为拉伸强度（MPa）；p为最大负荷（N）；b为试样宽度（mm）；d为试样厚度（mm）。
注意：计算时采用的面积是断裂处试样的原始截面积，而不是断裂后端口截面积。
屈服强度材料拉伸的应力-应变曲线yield strength是屈服的临界应力值。
（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是在在（）；（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的达到规定值（通常为%的永久形变）时的应力。
通常用作固体材料力学机械性能的评价指标，是材料的实际使用极限。
因为材料屈服后产生，增大，使材料失去了原有功能。
当应力超过后，增加较快，此时除了产生外，还产生部分。
抗拉强度和屈服强度.
抗拉强度和屈服强度抗拉强度抗拉强度（tensile strength）抗拉强度（бb）指材料在拉断前承受最大应力值。
当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。
此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。
钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。
单位:kn/mm２（单位面积承受的公斤力）抗拉强度：extensional rigidity.抗拉强度=Eh，其中E为杨氏模量，h为材料厚度目前国内测量抗拉强度比较普遍的方法是采用万能材料试验机等来进行材料抗拉/压强度的测定!拉伸强度拉伸强度（tensile strength）是指材料产生最大均匀塑性变形的应力。
（1）在拉伸试验中，试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度，其结果以MPa 表示。
有些错误的称之为抗张强度、抗拉强度等。
（2）用仪器测试样拉伸强度时，可以一并获得拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、断裂伸长率等数据。
（3）拉伸强度的计算：σt = p /（b×d）式中，σt为拉伸强度（MPa）；p为最大负荷（N）；b为试样宽度（mm）；d为试样厚度（mm）。
注意：计算时采用的面积是断裂处试样的原始截面积，而不是断裂后端口截面积。
屈服强度材料拉伸的应力-应变曲线yield strength是材料屈服的临界应力值。
（1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是在屈服点在应力（屈服值）；（2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的永久形变）时的应力。
通常用作固体材料力学机械性能的评价指标，是材料的实际使用极限。
因为材料屈服后产生颈缩，应变增大，使材料失去了原有功能。
当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。
抗拉强度和屈服强度
抗拉强度和屈服强度之马矢奏春创作抗拉强度抗拉强度（tensile strength）抗拉强度（бb）指资料在拉断前接受最年夜应力值.当钢材屈服到一定水平后,由于内部晶粒重新排列,其抵当变形能力又重新提高,此时变形虽然发展很快,但却只能随着应力的提高而提高,直至应力达最年夜值. 尔后,钢材抵当变形的能力明显降低,并在最薄弱处发生较年夜的塑性变形,此处试件截面迅速缩小,呈现颈缩现象,直至断裂破坏.钢材受拉断裂前的最年夜应力值称为强度极限或抗拉强度.单元:kn/mm２（单元面积接受的公斤力）抗拉强度：extensional rigidity.抗拉强度=Eh,其中E为杨氏模量,h为资料厚度目前国内丈量抗拉强度比力普遍的方法是采纳万能资料试验机等来进行资料抗拉/压强度的测定!拉伸强度拉伸强度（tensile strength）是指资料发生最年夜均匀塑性变形的应力.（1）在拉伸试验中,试样直至断裂为止所受的最年夜拉伸应力即为拉伸强度,其结果以MPa暗示.有些毛病的称之为抗张强度、抗拉强度等.（2）用仪器测试样拉伸强度时,可以一并获得拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、断裂伸长率等数据.（3）拉伸强度的计算：σt = p /（b×d）式中,σt为拉伸强度（MPa）；p为最年夜负荷（N）；b为试样宽度（mm）；d为试样厚度（mm）.注意：计算时采纳的面积是断裂处试样的原始截面积,而不是断裂后端口截面积.屈服强度资料拉伸的应力-应变曲线yield strength是资料屈服的临界应力值.（1）对屈服现象明显的资料,屈服强度就是在屈服点在应力（屈服值）；（2）对屈服现象不明显的资料,与应力-应变的直线关系的极限偏差到达规定值（通常为0.2%的永久形变）时的应力.通经常使用作固体资料力学机械性能的评价指标,是资料的实际使用极限.因为资料屈服后发生颈缩,应变增年夜,使资料失去了原有功能.当应力超越弹性极限后,变形增加较快,此时除发生弹性变形外,还发生部份塑性变形.当应力到达B点后,塑性应变急剧增加,曲线呈现一个摆荡的小平台,这种现象称为屈服.这一阶段的最年夜、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点.由于下屈服点的数值较为稳定,因此以它作为资料抗力的指标,称为屈服点或屈服强度（σs或σ0.2）.有些钢材（如高碳钢）无明显的屈服现象,通常以发生微量的塑性变形（0.2％）时的应力作为该钢材的屈服强度,称为条件屈服强度（yield strength）.首先解释一下资料受力变形.资料的变形分为弹性变形（外力裁撤可以恢复原来形状）和塑性变形（外力裁撤不能恢复原来形状,形状发生变动）屈服强度和屈服点相对应,屈服点是指金属发生塑性变形的那一点,所对应的强度成为屈服强度.许用应力指机械零件在使用时为了平安起见,用屈服应力除以一个平安系数.抗拉强度指资料抵当外力的能力,一般拉伸实验时拉断时候的强度. 换算关系为：许用应力=屈服强度/平安系数拉压试验多用屈服强度和抗拉强度与温度有很年夜关系,一般温度升高,资料强度降低抗拉强度：当钢材屈服到一定水平后,由于内部晶粒重新排列,其抵当变形能力又重新提高,此时变形虽然发展很快,但却只能随着应力的提高而提高,直至应力达最年夜值.尔后,钢材抵当变形的能力明显降低,并在最薄弱处发生较年夜的塑性变形,此处试件截面迅速缩小,呈现颈缩现象,直至断裂破坏.钢材受拉断裂前的最年夜应力值（b 点对应值）称为强度极限或抗拉强度屈服强度:当应力超越弹性极限后,变形增加较快,此时除发生弹性变形外,还发生部份塑性变形.当应力到达B点后,塑性应变急剧增加,曲线呈现一个摆荡的小平台,这种现象称为屈服.这一阶段的最年夜、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点.由于下屈服点的数值较为稳定,因此以它作为资料抗力的指标,称为屈服点或屈服强度。
许用应力等于屈服强度除以安全系数
许用应力等于屈服强度除以安全系数【导言】在工程设计和材料选择过程中，许用应力是一个至关重要的概念。
它不仅涉及到材料的性能和抗力能力，还与设计的安全性密切相关。
在本文中，我们将从许用应力的概念出发，深入探讨它与屈服强度、安全系数的关系，以及如何有效地应用于工程实践中。
【定义】许用应力，顾名思义，即允许材料在工作时所能承受的最大应力值。
它是根据材料的屈服强度和安全系数来确定的，通常表示为σ_allow。
许用应力的概念是为了保证材料在长期工作加载下不发生塑性变形和失效，同时保证结构和构件的安全运行。
【屈服强度】屈服强度是指材料在受到一定应力作用下开始产生塑性变形的应力值。
用σ_yield表示。
在材料的应力应变曲线中，屈服强度对应着材料从线性弹性阶段进入塑性变形阶段的临界点。
对于金属材料来说，屈服强度是一个重要的材料性能参数，直接关系到材料的可塑性和抗拉性能。
【安全系数】安全系数是指设计中为了保证结构的安全性和可靠性，在许用应力和材料屈服强度之间设置的一个比值。
常用符号为N_safety。
通过在设计中设置适当的安全系数，可以有效地避免结构或构件因过载或其它外部因素而发生塑性变形、破坏甚至垮塌。
【许用应力与屈服强度、安全系数的关系】根据许用应力的定义，我们可以得到以下等式：许用应力σ_allow = 屈服强度σ_yield / 安全系数N_safety即，许用应力是由材料的屈服强度除以安全系数得到的。
这种关系体现了对材料性能和结构安全的综合考虑，能够有效地指导工程设计和材料选择。
【应用实例】以一根直径为10mm、长度为1m的钢材为例，其屈服强度为250MPa，安全系数为2.5。
根据许用应力的计算公式，可得到该钢材的许用应力为100MPa。
这意味着在工程设计中，我们可以将该钢材在工作时的应力控制在100MPa以下，从而保证其安全可靠地运行。
【结论】许用应力的概念是工程设计中的重要内容，它不仅关乎材料的性能和抗力能力，还直接关系到结构和构件的安全性。
材料的屈服强度(刚度)与各种应力的关系
许用应力和安全系数在前面我们已经研究了杆内的应力，通过以上几节我们又了解了材料的力学性能，在此基础上我们就可以讨论杆件的强度汁算问题。
先从杆的拉压(单向成力状态)时的强度问题开始研究。
由前面分析，已知杆在拉压时横截面上的应力为/N A σ=，此应力又称工作应力，它是杆件在工作时由载荷所引起的应力。
当杆件的尺寸已给定的情况下，它是随载荷的增大而增长的，但这种工作应力的增长将受到材料力学性能的限制。
如对塑性材料来讲，当杆内应力达到材料的屈服点s σ(或屈服强度0.2σ)时，杆内将发生明显的塑性变形；而对脆性材料来说，当杆件内的应力达到材料的强度极限b σ时，杆将发生破坏。
这些过度的塑性变形(将使另件不能正常工作)和破坏当然是工程上所不允许的。
因此，为了保证杆件在工作时不出现上述两种情况，就必须使杆内的最大正应力max σ低于材料达到此两种情况时的极限应力jxσ值（s σ或b σ），最多只能等于该材料极限应力值jx σ的若干分之一。
这种把材料的极限应力值jxσ除以某一大于1的系数n 而得到的应力值，通常就称为材料的许用应力值。
并用符号[]σ来表示，即[]0/n jx σσ=式中，jxσ为材料的极限应力。
在常温静荷时：对塑性材料jx sσσ=，；对脆性材料，jx bσσ=。
n 为规定的安全系数。
构件安全系数0n 的大小和一系列因素有关，例如和载荷估计的是否精确、材料的性质是否均匀及计算时所作的某些简化等等都有关。
凡构件实际的工作条件和设计时的主观设想不一致而偏于不安全的方面，都要通过安全系数来加以考虑；此外，为了保证构件有足够的强度储备，也要适当地加大安全系数。
尤其是对那些因破坏要造成严重后果的构件，更要加大其安全系数。
安全系数的确定不仅仅是个力学问题，故不赘述。
在一般强度计算中，通常对塑性材料可取0 1.5 2.0n =:；对脆性材可取0 1.5 2.0n =:，甚至更大。
材料的许用应力[]σ确定后，为了保持杆件在拉压时不致因强度不足而破坏，显然只需要杆内的最大工作应力max σ不超过材料在拉(压)时的许用应力[max σ]就可，即只需要满足下列条件：此条件即称为杆在拉(压)时的强度条件。
各种许用应力关系表
nb 铸铁 4
[n]=1.3～1.5 [n]=1.5～1.8 [n]=1.8～2.5
许用挤压应力 1~1.5Sy
许用拉应力 0.67Sy
Sm=0.67Sy
S许用应力
Sm 设计应力强度
Sy 最小屈服强度
API 6D 7.20.2 ASME Ⅷ BPVC 第二篇 AD-132
与拉伸许用应力的近似关系
剪切[τ
sh]Βιβλιοθήκη 挤压[σbs](0.6～0.8)[σ ] (0.8～1.0)[σ ]
(1.5～2.5)[σ ] (0.9～1.5)[σ ]
服安全系数 服安全系数
静载荷下安全系数的推荐值 材质均匀、计算精确时 材质不够均匀、计算精度较低时 材质较差、计算精度很低时
注：摘自《机械工程师手册》（第3版）
[n]=1.3～1.5 [n]=1.5～1.8 [n]=1.8～2.5
ASME BPVC 许用弯曲应力 1.5S
许用剪切应力 0.6Sm（0.8Sm）
许用扭转应力 0.8Sm
弯曲、扭转、剪切、挤压许用应力与拉伸许用应力的近似关系
变形情况 塑性材料 脆性材料 弯曲[σ f] (1.0～1.2)[σ ] 1.0[σ ] 扭矩[τ ] (0.5～0.6)[σ ] (0.8～1.0)[σ ]
塑性材料[σ ]=σ s/ns 其中σ s为材料的屈服极限、ns为屈服安全系数 脆性材料[σ ]=σ b/nb 其中σ b为材料的屈服极限、nb为屈服安全系数 静载荷下安全系数的推荐值 ns 轧、锻钢件 1.2～2.2 铸钢件 1.6～3.0 钢 2.0～2.5 nb
许用应力与拉应力的关系
一拉伸' Y2 J# P% F7 W9 J5 Q C钢材的屈服强度与许用拉伸应力的关系塑性材料，[δ ]= δs/n s脆性材料，[δ ]= δb/n bn s ，n b为安全系数轧、锻件& p _5 Y4 [% I0 ?' rn=1.2—2.2起重机械n=1.7人力钢丝绳8 I! E& e+ A; @ s8 W4 w, F, v# i" Zn=4.5土建工程n=1.5) Z# B n) w, M" ]# m, H4 y* M载人用的钢丝绳n=94 N& r' d/ Q9 ?" M螺纹连接n=1.2-1.7$ {; ]0 q0 E J/ X; ~; w3 r) K9 @, a$ ~) {) Z8 C N铸件+ q0 B/ R8 S( j3 x$ x4 pn=1.6—2.5一般钢材$ J* u9 {1 x9 E1 M) qn=1.6—2.5/ V I* ^' x& H$ M二剪切1 s' B" T; W" C N+ [许用剪应力与许用拉应力的关系1 对于塑性材料[τ]=0.6—0.8[δ]2 对于脆性材料[τ]=0.8--1.0[δ]+ @* A' r+ l0 \3 r三挤压% D$ k* e* d; q& `5 {3 g# D B8 u; I" }# K. \- y7 p许用挤压应力与许用拉应力的关系2 _1 F2 a9 Q+ |+ f8 t M$ E- {1 对于塑性材料[δj]=1.5—2.5[δ]2 对于脆性材料[δj]=0.9—1.5[δ]- s7 j% n7 j5 F( m; u% }, Q注：[σj]=(1.7—2)[σ]（部分教科书常用）7 o3 a% q1 A( z1 G四扭转许用扭转应力与许用拉应力的关系:% Z) [6 [1 G- h9 B' t( A0 b& z! ? @+ v9 a* ^9 V+ s( j1 对于塑性材料[δn]=0.5—0.6[δ]. [6 w) n7 c3 r$ X7 _0 z( @4 o0 h% d! m$ I! ^6 ]; C/ u V6 C2 对于脆性材料[δn]=0.8—1.0[δ]7 ^/ T3 X: I* T$ E' ?0 s轴的扭转变形用每米长的扭转角来衡量。
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各种许用应力与抗拉强度、屈服强度的关系
我们在设计的时候常取许用剪切应力，在不同的情况下安全系数不同，许用剪切应力就不一样。
校核各种许用应力常常与许用拉应力有联系，而许用材料的屈服强度（刚度）与各种应力关系如下：
<一> 许用（拉伸）应力
钢材的许用拉应力[δ]与抗拉强度极限、屈服强度极限的关系：
1.对于塑性材料[δ]= δs /n
2.对于脆性材料[δ]= δb /n
δb ---抗拉强度极限
δs ---屈服强度极限
n---安全系数
注：脆性材料：如淬硬的工具钢、陶瓷等。
塑性材料：如低碳钢、非淬硬中炭钢、退火球墨铸铁、铜和铝等。
<二> 剪切
许用剪应力与许用拉应力的关系：
1.对于塑性材料[τ]=0.6-0.8[δ]
2.对于脆性材料[τ]=0.8-1.0[δ]
<三> 挤压
许用挤压应力与许用拉应力的关系
1.对于塑性材料[δj]=1.5-
2.5[δ]
2.对于脆性材料[δj]=0.9-1.5[δ]
注：[δj]=1.7-2[δ]（部分教科书常用）
<四> 扭转
许用扭转应力与许用拉应力的关系：
1.对于塑性材料[δn]=0.5-0.6[δ]
2.对于脆性材料[δn]=0.8-1.0[δ]
轴的扭转变形用每米长的扭转角来衡量。
对于一般传动可取[φ]=0.5°--1°/m；对于精密件，可取[φ]=0.25°-0.5°/m；对于要求不严格的轴，可取[φ]大于1°/m计算。
<五> 弯曲
许用弯曲应力与许用拉应力的关系：
1.对于薄壁型钢一般采取用轴向拉伸应力的许用值
2.对于实心型钢可以略高一点，具体数值可参见有关规范。