標籤:

材料力學中的強度和剛度如何定義?


如果想看更通俗的解釋,請猛戳:iPhone 6 Plus 的折彎門 (bendgate) 究竟是怎麼回事? - 豬小寶的回答 我覺得我已經在這個回答里說的很明白了。

如果想看更簡潔的解釋,請往下看:

以理想彈塑性材料的應力-應變或者荷載-位移為例:

剛度相同,強度不同。紅色的強度是藍色的兩倍。

強度相同,剛度不同。藍色的剛度是紅色的兩倍。

藍色的剛度比紅色的大,紅色的強度比藍色的大。


如何定義,課本上都有。我給你講講如何理解吧,一直以來覺得理科有些概念抽象不好理解學不懂,不懂的時候就希望有人把這個問題形象的解釋清楚,我之前也不理解這兩個概念,是我自己後來想明白的。尤其是今天看了Heinrich的帖子,很有共鳴,我們完全可以把抽象的東西形象化,讓人容易理解,也正是由於看到了他的帖子,我才註冊了知乎。

下面就簡單通俗的說說如何理解剛度和強度。

剛度,可以理解為衡量變形程度的一個詞,通俗的理解就是軟硬程度;強度,可以理解為衡量在不破壞的情況下能夠承受的力的大小的能力,這裡用筷子和皮筋舉個栗子。想像將筷子和皮筋兩端固定,給一個同等大小的力,就各放一個雞蛋吧,大家想像一下,筷子的變形很微小,皮筋的變形很大,這就表明筷子硬,剛度大,變形小,皮筋軟,剛度小,變形大。那麼我們繼續往二者身上加力,給個多大的力呢,我也不是很清楚,比方說一個很大的力吧,給一個很大的衝擊力,筷子很不幸因為變形能力差,折斷了,而皮筋變形能力大,雖然被抻的很長很誇張,但是沒有斷呦,那麼這就說明在承受同樣的荷載時,皮筋表現出能夠承受的力大,強度大,筷子相對皮筋來說能夠承受的力小,強度小。

不知道這樣說你清楚了沒有?


我只是個機械專業的,我認為其實沒有必要從特別本質的角度去理解材料力學中定義的剛度,強度,穩定性,韌性,硬度等等,更沒有必要去研究他們的內在關係。

其實這些都是實驗性質的。 從它們的實驗方法和實驗結果曲線去理解和記憶是最簡單的。

雖然有的實驗方法很複雜,但是比記定義容易,人比較容易記住更具象的東西。


這個問題的根源要從工程設計的要求和需要去理解。比如,你有一輛自行車,如果騎上去亂顫亂抖,就是剛度設計不好。如果從馬路沿上跳下來,車把斷了,或者軸斷了,就是強度不夠。剛度是由變形來測量的,比如用毫米。強度是由應力來測量的,比如焊縫處的最大應力是100兆帕。

+++++++++++++++++++++

再補充些. 題目問的是"定義". 這兩個概念實際上還是不太好定義的. 剛度可以是單位伸長所施加的力, 或者單位轉角所施加的力矩. 好像力和力的作用點作用方向要一致才好. 實際上並不一定. 這個到有限元的剛度矩陣就用到了. 強度可以是許用強度, 屈服強度, 斷裂強度, 拉伸強度, 等等. 工程中常常用容許變形, 容許振幅來表達剛度概念. 用容許荷載, 最大載重量表示強度概念.

可以這樣看, 剛度和強度不僅僅是材料的概念, 而且也是結構, 構件, 機械部件的概念.


強度是指材料抵抗破壞的能力,即材料發生破壞時所需要的應力大小;剛度是指材料抵抗變形的能力,即引起材料單位形變所需要的應力大小。


在荷載作用下,構件因不至於破壞(斷裂或失效),即應具有足夠的強度(一般用於校核外荷載)

在荷載作用下,構件所產生的變形應不超過工程允許的範圍,即應具有足夠的剛度(一般用於變形校核)


剛度:發生單位位移(變形)需要的

強度:使結構破壞所需要的力

前者一般用於計算結構其變形

後者用於檢驗結構其承載力


掰一根樹枝,剛度定義跟掰彎程度有關,強度定義跟掰斷所需的力有關。


舉個例子:有兩個小球,一個是小鋼球,一個是小橡皮彈力球,放在桌子上用手按壓,前者不會看到變形,而後者會看到被擠壓變形,這就是剛度,抵抗變形能力,前者剛度好;用機械按壓,同樣的壓力前者可能不會被壓碎,後者(橡膠材料不好的話)可能會被壓散,這就是強度,抵抗破壞能力,前者強度好。


年輕的時候,我去買行李箱。

售貨員用手使勁摁箱子,跟我說:你看我家箱子使勁摁都不變形。

我低聲回了一句:我要強度好的,不要剛度好的。


再準確的說,強度是指材料抵抗斷裂的和塑性變形的能力,剛度是指材料抵抗彈性變形的能力。


強度 實質是力

剛度 實質是位移或轉角

我剛學到材力下冊 現在看來就是這樣


可以拿書和百度的東西為什麼用知乎問?


木有邀請,自己答,本人金屬材料學,機械並不擅長,以下屬於個人理解的材料的幾種「性」。。。。

1、「強度」,指的材料在某種條件下抵抗外界「破壞」的能力,比如屈服強度、抗拉強度等等,這種破壞,伴隨著各類形變、應變,其大小與材料晶體結構、材料內部形變方式、應力載入方式、變形速度、晶體顆粒度(晶粒度)等等均有不可分割的聯繫,接著機械設計上,我遇到的,這個值一般是利用經典強度理論去校核,依靠拉伸、彎曲等實驗去測量和表徵,另外,這個數值跟材料的抗疲勞能力,也就是實際服役狀態沒有直接聯繫,強度不足一定不行,但是強度足夠不一定可以。

2、「剛性」,指的材料抵抗外界變形的能力,通常這個變形是可恢復的。這個東西,據我所知,材料學和機械里似乎並沒有很嚴格的定義。通常,在描述材料、工件、產品抵抗外力引起變形這個能力時使用,比如前面有人提到,自行車如果剛性設計不好或者材料本身剛性不好,騎起來會四處亂顫,所謂「車架太軟」、「材料太軟」,與強度描述不同,這種變形是可恢復的,即便存在形變,材料也並不會「壞」,這個東西評價有點類似機械里的撓度。

3、「彈性」,指的材料抵抗外界變形並恢復的能力。與剛性類似,也是抵抗外界變形,不過這裡的抵抗側重於其自身恢復能力,恢復速度。比如,一根彈簧,壓下去迅速恢復並且可以反覆重複動作而不失效,我們說它彈性好;如果一根彈簧雖然可以反覆動作,但是需要很大的力,也就是虎克定律中彈性常數K值非常大,那我們不提它彈性好,說得是它剛性大,材料「硬」。

4、「韌性」,額,這個描述,個人認為它是剛性、彈性、塑性以及強度的一個綜合體現,印象里也沒有什麼定義,好像就是一個通俗用法,經常跟彈性、塑性混淆,實際操作上,個人認為是用來描述材料在受到迅速而劇烈的外力衝擊時吸收能力或者抵抗破壞的能力,也就是所謂Ak值,用重鎚錘擊帶缺口的樣品,強韌強韌,韌性跟強度、彈性、塑性都是分不開的,同樣的,跟材料內部結構、位錯分布、變形方式也有關係,這個值在撞擊中是一個關乎產品安全的重要參數,類似的還有強塑積,都表示能量吸收,不過機械設計怎麼用不太清楚,跟「韌性」對應的還有各種「」脆性「」,不過多見的,都是針對某個過程的,比如回火脆性。

5、「塑性」,材料進行不可恢復的塑性變形的能力,是材料進行變形加工(彎曲、軋制、衝壓等)成型的重要參數,常見的表示參數是斷裂延伸率還有斷面收縮率,它不僅代表著材料的變形能力而且代表著材料變形的均勻性,通常形變能力在材料中表現的越均勻塑性就越好,抗疲勞能力也會好一些(但是沒有定量的正比關係)。其影響因素與強度類似,主要包括晶體結構、大小、位錯分布、織構、變形機制等。

6、「硬度」,額,這差不多是一個最沒定義的物理量,這麼說因為幾乎與前面所有的物理量都有關係,它描述的是材料「表面」抵抗外界變形的能力。這裡提到表面它並不是一個嚴格的定義,現在通常的做法就是用一個類似重鎚的東西在表面壓痕,通過壓痕大小或者壓痕的力來判斷所謂「硬度」,個人原因硬度測量很少,說不出「表面」的深度尺寸。在實際操作上,硬度除了測量數值,還會用來鑒別相組織、確定耐磨性等等。

大概這麼多,材料的小碩,以上均為個人理解,有不對還請不喜吻噴,歡迎討論。


這兩個概念的單位都不同吧?一個是屈服時的應力,一個是引起單位位移時所需的力。


定義看書。

區別嘛,不太嚴謹的說吧,強度抵抗斷裂(拉伸,剪切),和截面積有關,剛度抵抗變形(彎曲,扭轉),和截面形狀有關


簡單來說,

材料的剛度就是,在單位彈性形變內需要受到的壓強(越大剛度越大)。也就是StressStrain曲線里直線部分的斜率

材料的強度就是,在多少壓強的情況下物質本身不發生永久形變(越大強度越大)也就是StressStrain曲線里的直線部分最高值

物質在壓強下先發生彈性形變在發生永久形變最後到斷裂瓶頸然後斷裂

彈性形變 :在受力是發生,不受力時消失。(例如拉橡皮筋 大部分都是彈性形變一點點永久形變)

永久形變:在受力時發生,不受力時形變保持。(例如折彎鋼勺 大部分是永久形變一點點彈性形變)


強度指的是材料抵抗破壞的能力,比如抗拉強度指的是材料抵抗單向拉應力下抵抗斷裂的能力。強度用材料發生破壞時的應力來衡量;需要說明,破壞不一定是斷裂,比如屈服,發生塑性形變也是破壞的一種,所以有那麼一大坨的各種強度

剛度指的是材料抵抗形變的能力,剛度越大發生變形需要的應力就越大。剛度用發生單位形變的載荷來表徵。

二者是有區別和聯繫的,往淺了說,彈性模量和剪切模量在一定程度上也能衡量剛度;往深了說,強度也好剛度也罷都是應力做功轉變成晶格畸變能的過程,只不過取的衡量標準不同罷了。


簡單的說,強度指的是材料抵抗破壞的能力,剛度是材料抵抗變形的能力。當然了,這些只是基於實驗得到的唯象的定義,沒有經過嚴格的理論推導。就好像定義天氣中的大雨,小雨,中雨一樣,通過降水量在某一個區間,而給它起了大雨,小雨,中雨的名字。


強度是材料抵抗破壞的能力,剛度是抵抗變形的能力。


課本有最嚴謹的答案,認真反覆看書去。


強度就顧名思義好了,樓上的老師們解釋得都很好,我這裡只對剛度添加一個自己的理解。各位不喜可噴。

剛度的「剛」和剛體的「剛」是一個字,而剛體是一個理想化的模型,即絕對不會因力而發生形變的物體。剛度就是逼近這種理想物體的程度,現實中的物體越逼近理想剛體,則剛度就越大。


自己看課本!


推薦閱讀:

此轉軸在 1-1 截面是受剪破壞還是受彎破壞?
如果圓管有缺口的話,其抗彎能力下降與缺口大小的關係如何?

TAG:材料力學 |