强度和刚度的区别

1、材料、机械零部件抵抗外力而不失效的能力。 强度包括材料强度和结构强度。 强度问题有狭义和广义之分。 狭义的强度问题是指断裂和过度塑性变形的各种问题。 广义的强度问题包括强度、刚度和稳定性问题，有时还包括机械振动问题。 强度要求是机械设计的基本要求。

材料强度是指材料在不同影响因素下的各种力学性能指标。 影响因素包括材料的化学成分、加工工艺、热处理制度、应力状态、载荷特性、加载速率、温度和介质等。

根据材料的性质，材料强度分为脆性材料强度、塑性材料强度和裂纹材料强度。 ①脆性材料的强度：铸铁等脆性材料受载后断裂比较突然，几乎没有塑性变形。 以脆性材料的强度极限作为计算强度的标准。 强度极限有两种类型：拉伸试样在断裂前承受的最大标称应力称为材料的拉伸强度极限，压缩试样的最大标称应力称为压缩强度极限。 ②塑性材料强度：秦钢等塑性材料在断裂前具有较大的塑性变形，卸载后不能消失，又称残余变形。 塑料材料的屈服极限作为计算强度的标准。 材料的屈服极限是拉伸试样屈服时的应力（应变持续增加而应力保持不变的现象）。 对于无屈服现象的塑性材料，取0.2%塑性变形对应的应力作为名义屈服极限，用σ0.2表示。 ③裂纹材料的强度：往往低于材料的强度极限，计算强度时必须考虑材料的断裂韧性（见断裂力学分析）。 对于同一材料，如果采用不同的热处理制度，则强度越高，断裂韧性越低。

根据载荷性质，材料强度包括静强度、冲击强度和疲劳强度。 材料在静载荷作用下的强度，根据材料的性能，采用屈服极限或强度极限作为计算强度的标准。 当材料承受冲击载荷时，屈服极限和强度极限均得到提高[参见冲击强度]。 材料承受循环应力时的强度通常以材料的疲劳极限作为计算强度的标准[参见疲劳强度设计]。 此外还有接触强度[参见接触应力]。

根据环境条件，材料强度包括高温强度和腐蚀强度。 高温强度包括蠕变强度和耐久性强度。 当金属在外载荷作用下的温度高于再结晶温度（滑移晶体恢复到未变形晶体所需的最低温度）时，塑性变形后的应变硬化由于高温退火而迅速消除，因此负载保持不变。 在这种情况下，变形继续增大，称为蠕变现象。 材料的蠕变极限作为计算强度的标准。 高温持续载荷下的断裂强度可能低于材料在相同温度下的拉伸强度。 材料的耐久性极限作为计算强度的标准[见耐久性强度]。 此外，还存在受环境介质影响的应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳等材料强度问题。

结构强度是指机械零部件的强度。 涉及力学模型简化、应力分析方法、材料强度、强度精度和安全系数。

根据结构的形状，机械零部件的强度问题可以简化为杆、杆系、板、壳、块和无限体等力学模型来研究。 不同力学模型的强度问题有不同的力学计算方法。 材料力学一般研究棒材强度的计算。 结构力学分析杆系统（桁架、刚性框架等）的内力和变形。 其他形状的物体都是弹塑性力学的研究对象。 杆是指两个方向上的横截面尺寸远小于长度尺寸的物体，包括受拉的杆、受压的柱、受弯的梁和受变化的轴。 板壳的特点是厚度远小于其他两个方向的尺寸。 扁平的称为板，弯曲的称为壳。

解决结构强度问题，除了应力分析外，还应考虑材料强度和强度精度，并研究它们之间的关系。 例如，零部件在循环应力作用下的疲劳强度不仅与材料的疲劳强度有关，还与零部件的尺寸、应力集中系数、表面状况等因素有关。 。 当循环载荷不规则变化时，还必须考虑包括载荷序列在内的载荷谱的影响。 对于复杂的应力情况，必须使用强度理论。 如果存在宏观裂纹强度和刚度的区别，应采用断裂力学分析。 某些零件通常需要同时考虑多个强度标准并对它们进行比较以确定最可能的失效模式。

对于大多数结构强度问题，通常先确定结构形式强度和刚度的区别，然后根据外荷载进行应力分析和强度校核。 应用计算机方法后，优化设计已成为一个现实问题。 可以先提出一些详细的设计目标（如要求结构重量最小），然后寻求最正确的结构形式。

2、金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。 根据外力性质，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等，工程中常用的是屈服强度和抗拉强度。 这两个强度指标可以通过拉伸试验来测量。

强度是指零件承受载荷后抵抗超过允许极限的断裂或残余变形的能力。 也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效的能力）的重要指标。 强度是机械零件首先应满足的基本要求。 机械零件的强度一般可分为静态强度、疲劳强度（弯曲疲劳和接触疲劳等）、断裂强度、冲击强度、高低温强度、腐蚀条件下的强度和蠕变、结合强度等工程。 强度实验研究是一项综合性研究，主要研究构件的受力状况，通过其受力状态来预测其损伤失效的条件和时间。

强度是指材料承受外力而不被破坏（不可恢复的变形也被破坏）的能力。 根据力的类型不同，分为以下几类：

(1)抗压强度——材料承受压力的能力。

(2)拉伸强度——材料承受拉力的能力。

(3)弯曲强度——材料承受弯曲外力的能力。

(4)剪切强度——材料承受剪切力的能力。

3、强度是“材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力”。

根据外力的作用方式，强度指标有很多，如抗拉强度、弯曲强度、剪切强度等。当材料受到拉力时，强度性能指标主要是屈服强度和抗拉强度。

请注意，强度和硬度本质上是不同的概念。 玻璃等硬脆材料虽然硬度高（变形与外力之比小），但强度低（断裂前能承受的总外力小）。 对于同系列的金属，两者之间可以存在一定的对应关系。 强度测量通常需要材料的完全破坏，而硬度测试则需要较少的破坏或不破坏。 因此，使用校准的硬度-强度转换关系来从硬度导出强度。

金属材料的强度是指其在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。 工程上常用的表示金属材料强度的指标有屈服强度和抗拉强度。

屈服强度是金属材料屈服时的屈服极限，即抵抗微量塑性变形的应力。

σS=Fs/AO

Fs----屈服时试件承受的最大外力（N）

AO----样品原始横截面积（mm2）

σS---屈服强度（Mpa）

拉伸强度是指金属材料断裂前所能承受的最大应力，用σb=FO/AO

FO——试样断裂前的最大外力（N）

AO----样品原始横截面积（mm2）

σb---抗拉强度（Mpa）

刚度和清晰度

刚度：材料、部件或结构在受到外力作用时抵抗变形的能力。 材料的刚度是通过导致其单位变形所需的外力大小来测量的。 各向同性材料的刚度取决于其弹性模量 E 和剪切模量 G（参见胡克定律）。 结构的刚度除与组成材料的弹性模量有关外，还与其几何形状、边界条件等因素以及外力的作用形式有关。 分析材料和结构的刚度是工程设计中的一项重要任务。 对于一些必须严格限制变形的结构（如机翼、高精度组件等），必须通过刚度分析来控制变形。 许多结构（例如建筑物、机械等）也需要控制刚度以防止振动、颤振或不稳定。 另外，弹簧秤、环测力计等必须将其刚度控制在合理的值，以保证其特定的功能。 在结构力学的位移法分析中，为了确定结构的变形和应力，通常需要对各部分的刚度进行分析。

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（或刚度）通常表示为单位变形所需的力或力矩。 刚度取决于零件的几何形状和材料的类型（即材料的弹性模量）。 对于某些弹性变形超过一定值后会影响机器工作质量的零件，如机床的主轴、导轨、丝杠等，刚度要求尤为重要。

工艺系统刚度

一、基本概念

刚度的一般概念是指物体或系统抵抗变形的能力。 表示为施加到物体上的力与在力的方向上产生的变形量的比率。

切削过程中，在各种外力的作用下，工艺系统各部分都会在各个力方向上产生相应的变形。 对于工艺系统的应力变形，主要研究误差敏感方向的变形量。因此，工艺系统的刚度定义为：作用在工件表面法线方向上的切削力与作用在工件表面上的切削力之比。在切削力作用下，刀具相对于工件沿法线方向的位移。

在过程系统刚度的定义中，力和变形是在静态条件下测量的，即为过程系统的静刚度； 变形是总切削力的综合结果。 当Y方向位移超过引起的位移时，总位移与Y方向相反，为负值，此时刀架处于负刚度状态。 负刚度会导致刀具尖端刺入工件表面（冲孔刀具），同时也会引起工件振动，应尽量避免。

2.过程系统刚度的计算

工艺系统的总变形应该是各部件环节在同一处的法向变形的叠加。

过程系统的刚度可以从过程系统的每个部件的刚度获得。 对于工件和刀具来说，它们一般都是简单的部件，可以用材料力学公式来近似。 例如，车刀的刚度可以计算为悬臂梁，并使用三爪卡盘来夹紧工件。 工件的刚度可以计算为悬臂梁。 使用刀尖加工细长轴时，工件的刚度可按简支梁计算。 对于机床和夹具来说，结构相对复杂，其刚度通常通过实验测量。

强度和刚度的区别

从工程力学的角度来看：

强度是指某种材料抵抗破坏的能力，即材料断裂时所需的应力。 一般只针对材料。 其大小与材料本身的性质和应力的形式有关。 例如，某种材料的拉伸强度和剪切强度是指该材料单位面积所能承受的最大拉力和剪切力，与材料的形状无关。

刚度是指某种构件或结构抵抗变形的能力，即引起单位变形所需的应力。 通常用于组件或结构。 其尺寸不仅与材料本身的性能有关，还与构件或结构的截面和形状有关。

不同类型的刚度有不同的表达方式。 例如，截面刚度是指截面抵抗变形的能力。 表达式是材料的弹性模量或剪切模量与相应的截面惯性矩或截面面积的乘积。 截面拉伸（压缩）刚度的表达式为材料弹性模量与截面面积的乘积； 截面弯曲刚度是材料弹性模量和截面惯性矩等的乘积。

构件刚度是指构件抵抗变形的能力，其表达式是作用在构件上所产生的内力与其相应的构件变形的比值。 构件抗弯刚度的表达式是施加在受弯构件上的弯矩与变形引起的曲率变化之比； 构件的剪切刚度是施加到剪切构件的剪切力与引起的变形之间的正交角。 变化的比例。 结构侧向刚度是指结构抵抗侧向变形的能力，是作用在结构上的水平力与引起的水平位移等的比值。

当然，材料的弹性模量或变形模量也可以理解为材料的刚度。

强度：其法定单位为：牛顿/平方毫米[N/mm^2]，即金属单位面积所能承受的力的大小。 指金属材料抵抗外力破坏作用的能力。 可分为：拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、剪切强度。

刚度：硬度是指材料抵抗硬物压入其表面的能力。 根据测量方法的不同，可采用洛氏[HR]硬度、表面洛氏[HR]硬度、维氏[HV]硬度、布氏[HB]硬度来测量其大小，但没有单位。

硬度是衡量金属材料软硬度的重要性能指标。 可以理解为材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可以表示为材料抵抗残余变形和抗破坏的能力。 硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度、韧性等力学性能的综合指标。 硬度检测可分为静压法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）、划痕法（如莫氏硬度）、回弹法（如肖氏硬度）以及显微硬度、高温硬度等方法。

强度是指零件承受载荷后抵抗超过允许极限的断裂或残余变形的能力。 也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效的能力）的重要指标。 强度是机械零件首先应满足的基本要求。 机械零件的强度一般可分为静态强度、疲劳强度（弯曲疲劳和接触疲劳等）、断裂强度、冲击强度、高低温强度、腐蚀条件下的强度和蠕变、结合强度等。强度实验研究是一项综合性研究，主要研究构件的受力状况，通过其受力状态来预测其损伤失效的条件和时间。

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（或刚性）通常表示为单位变形所需的力或力矩。 刚度取决于零件的几何形状和材料的类型（即材料的弹性模量）。 对于某些弹性变形超过一定值后会影响机器工作质量的零件，如机床的主轴、导轨、丝杠等，刚度要求尤为重要。

强度是抵抗塑性变形的能力，刚度表示材料承受弹性变形的难易程度。

杨氏模量、弹性模量、剪切模量、体积模量、强度、刚度

“模数”可以理解为标准量或指数。 材料的“模量”前面通常有规定性的表述，如弹性模量、压缩模量、剪切模量、截面模量等，这些都是与变形有关的指标。

杨氏模量：

杨氏模量即弹性模量，是材料力学中的一个概念。 对于线弹性材料，建立公式 σ（法向应力）= Eε（法向应变），其中 σ 为法向应力，ε 为法向应变，E 为弹性模量，是与材料有关的常数，与材料本身的特性。 。 杨（~1829）研究了材料力学中的剪切变形，认为剪切应力是一种弹性变形。 1807年，他提出了弹性模量的定义，后来称为杨氏模量。 钢的杨氏模量约为2×1011N·m-2，铜的杨氏模量为1.1×1011N·m-2。

弹性模量〔〕E：

弹性模量E是指在弹性变形范围内（即比例极限内）作用于材料的纵向应力和纵向应变的比例常数。 也常指材料所受的应力（如拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切等）与材料产生的相应应变的比值。

弹性模量是表征晶体中原子间结合力强弱的物理量，因此它是对组织结构不敏感的参数。 在工程中，弹性模量是材料刚度的度量，表示物体变形的难易程度。

弹性模量E是材料在比例极限内的应力与相应应变的比值。 对于一些应力-应变曲线在弹性范围内不符合直线关系的材料，可以根据需要采用切线弹性模量、割线弹性模量等人为定义的方法来代替其弹性模量值。 根据受力条件的不同，有相应的拉伸弹性模量（杨氏模量）、剪切弹性模量（刚性模量）、体积弹性模量、压缩弹性模量等。

剪切模量G（剪切）：

剪切模量是指剪切应力与剪切应变的比值。剪切模量G=剪切弹性模量G=剪切弹性模量G杨氏模量、弹性模量、剪切模量、体积模量、强度、刚度

剪切弹性模量G是材料的基本物性参数之一，与杨氏（压缩、拉伸）弹性模量E、泊松比ν并列为材料的三大基本物性参数。 它广泛应用于材料力学和弹性学领域。 它在力学中有着广泛的应用。

定义为：G=τ/γ，其中G（Mpa）为剪切弹性模量；

τ为剪切应力（Mpa）；

γ 是剪切应变（弧度）。

体积模量 K（体积）：

体积模量描述了均匀各向同性固体的弹性，可以表示为每单位面积的力，表示不可压缩性。 公式如下：K=E/(3×(1-2×v))，其中E为弹性模量，v为泊松比。 详细内容请参阅大学内任意一本弹性力学书籍。

性质：物体在p0压力下的体积为V0； 假设压力增加 (p0→p0+dP)，体积减小到

(V0-dV)。 则K=(p0+dP)/(V0-dV)称为物体的体积模量(

）。 如果在弹性范围内，则专门称为体积弹性模量。 体积模量是一个相对稳定的材料常数。 由于在各个方向均布压力下，材料的体积总是变小，因此K值始终为正值，单位为MPa。 体积模量的倒数称为体积柔度。 体积模量、拉伸模量与泊松比之间存在关系：E=3K（1-2μ）。

压缩模量〔〕：

压缩模量是指压缩应力与压缩应变的比值。

储能模量E'：

储能模量E'本质上是杨氏模量，它描述了材料储存弹性变形能的能力。 储能模量代表材料变形后的回弹指数。

储能模量E’是指粘弹性材料在交变应力作用下，在一个周期内储存能量的能力，通常指弹性；

能量耗散模量E''：

耗能模量E''是模量中应力和变形的异步分量； 它表征材料耗散变形能的能力并表达材料的粘性性质。

能量消耗模数E''是指在一个变化周期内消耗能量的能力。通常指粘性

切线模数〔〕：

切线模量是塑性阶段屈服极限与强度极限之间曲线的斜率。 是应力-应变曲线上应力与应变的一阶导数。 其大小与受力程度有关，并不是某个值。 切线模量通常用于增量有限元计算。 切线模量和屈服应力的单位均为N/m2

截面模数：

截面模量是构件截面的力学性能。 是表示构件截面抵抗一定变形能力的指标，如弯曲截面模量、扭转截面模量等。它只与截面形状和中性轴位置有关，而与任何事物无关与材料本身的特性有关。 在一些书籍中，截面模量也称为截面系数或截面阻力矩等。

力量：

强度是指某种材料抵抗破坏的能力，即材料抵抗变形（弹性\塑性）和断裂（应力）的能力。 一般只针对材料。 其大小与材料本身的性质和应力的形式有关。 可分为：屈服强度、拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、剪切强度等。

例如，某种材料的拉伸强度和剪切强度是指该材料单位面积所能承受的最大拉力和剪切力，与材料的形状无关。

例如，拉伸强度和拉伸模量的比较：它们的单位都是MPa或GPa。 拉伸强度是指材料在拉伸过程中能够承受的最大应力，而拉伸模量是指材料在拉伸时的弹性。 对于钢，如45号钢，拉伸模量在200-的数量级，拉伸模量在180-的数量级。

刚性：

刚度（即硬度）是指某种部件或结构抵抗变形的能力。 它是衡量材料弹性变形难易程度的指标。 主要是指引起单位变形所需的应力。 通常用于组件或结构。 其尺寸不仅与材料本身的性能有关，还与构件或结构的截面和形状有关。

刚度越高，物体的行为就越“硬”。 对于不同的工具，刚度有不同的表示方式，如静态刚度、动态刚度、环刚度等。一般来说，刚度的单位是牛顿/米，或者牛顿/毫米，代表产生单位长度所需的力形变。

法向刚度和剪切刚度的单位也是 N/m 或 N/mm。 区别在于力的方向。

一般用弹性模量E的大小来表示。 E的大小一般只与原子间作用力有关，与组织状态关系不大。 通常钢和铸铁的弹性模量差异很小，即它们的刚度几乎相同，但它们的强度却有很大差异。

“弹性模量”是描述材料弹性的物理量。 它是一个通用术语，包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。因此，“弹性模量”和“体积模量”是包含关系。

一般来说，弹性体受到外部作用（称为“应力”）后，弹性体的形状会发生变化（称为“应变”）。 “弹性模量”的一般定义是：应力除以应变。 例如：

线性应变 - 对细杆施加拉力 F。 该拉力除以杆的横截面积S称为“线性应力”。 杆的伸长量 dL 除以原始长度 L 称为“线性应变”。 线应力除以线应变等于杨氏模量 E：F/S=E(dL/L)

剪切应变——当横向力f（通常是摩擦力）施加到弹性体上时，弹性体将从正方形变为菱形。 这种变形的角度α称为“剪切应变”。 相应的力f除以受力面积S称为“剪应力”。 剪切应力除以剪切应变等于剪切模量 G：f/S=G*a

体积应变 - 对弹性体施加总压力 p。 这种压力称为“体积应力”。 弹性体的体积减少量（-dV）除以原始体积V，称为“体积应变”。 体积应力除以体积应变等于体积模量：p=K(-dV/V)

注：液体只有体积模量，其他弹性模量均为零，故用弹性模量指体积模量。

一般情况下，弹性体的应变很小，即体积的变化与原始体积相比是很小的数字。 此时，体积的相对变化和密度的相对变化只是正负相反，大小相同。 例如，如果体积减少0.01%，密度就会增加0.01%。

体积模量不是负值（从前面的定义可以看出），并且不仅仅是气体具有体积模量。 所有固体、液体和气体都具有体积模量。 然而，液体和气体没有杨氏模量和剪切模量。

泊松比以法国数学家丹尼斯的名字命名。

在材料比例限度内，由均匀分布的纵向应力引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。 例如，当一根杆被拉伸时，它的轴向伸长伴随着横向收缩（反之亦然），横向应变e'与轴向应变e的比值称为泊松比V。材料的泊松比一般由通过实验方法。

可以这样记：空气的泊松比为0，水的泊松比为0.5，可以推导出中间的那个。

主要和次要泊松比之间的差异Major and Minor's Ratio

主泊松比PRXY是指在单轴作用下，X方向单位拉（或压）应变引起的Y方向压（或拉）应变。 二次泊松比NUXY表示正交方向泊松比是指单轴作用下Y方向单位拉（或压）应变引起的X方向压（或拉）应变。

PRXY与NUXY有一定的关系：PRXY/NUXY=EX/EY

对于正交各向异性材料，需要根据材料数据分别输入主泊松比和次泊松比。 然而，对于各向同性材料，选择 PRXY 或 NUXY 输入泊松比没有区别。 只需输入其中之一即可。

简单推到如下： 假设在单轴作用下：

(1) X方向单位拉（或压）应变引起的Y方向压（或拉）应变为b；

[2] Y方向单位拉（或压）应变引起的X方向压（或拉）应变为a；

然后根据胡克定律，我们得到 σ=EX×a=EY×b

→EX/EY＝b／a

又∵PRXY/NUXY＝b／a

∴PRXY/NUXY=EX/EY

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