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河南工程学院《机械原理》考查课
专业论文
浅谈强度、刚度的关系
学 号: 201510310117
学生姓名: 胡鹏飞
学 院: 纺织学院
专业班级: 纺织工程1541
专业课程: 机械原理
任课教师: 耿国强
201 6 年 06月 06 日
目录
摘要 4
前言 5
浅论强度,刚度极其关系 5
1刚度 5
1.1介绍 5
1.2结构的静刚度与动刚度 6
1.3结构刚度计算公式 6
1.4弹性模量 7
2.强度 8
2.1力学术语 8
3.强度与刚度的区别 8
4.结语 9
参考文献 9
摘要
通过对强度和刚度的剖析,指出材料选择的两难性、轴的结构及加工工艺的先天不足性、轴上零件位置及其结构对强度与刚度造成的影响,并对影响强度与刚度的原因进行了分析,从不同角度入手,寻求提高强度与刚度的措施和途径,为同类产品及同行们提供可借鉴的工艺途径和解决问题的思路。
关键字:刚度、强度、材料选择;
前言
刚度和强度在机械中是不可忽视的重要参量,对人们在加工钢铁制造设备方面有着不可忽视的力量;因此,正确的了解刚度和强度,及其存在的密切联系,对我们至关重要。
浅论强度,刚度极其关系
1刚度
刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。是材料弹性变形难易程度的表征。材料的刚度通常用弹性模量E来衡量。在宏观弹性范围内,刚度是零件荷载与位移成正比的比例系数,即引起单位位移所需的力。它的倒数称为柔度,即单位力引起的位移。刚度可分为静刚度和动刚度。
1.1介绍
刚度是使物体产生单位变形所需的外力值。刚度与物体的材料性质、几何形状、边界支持情况以及外力作用形式有关。材料的弹性模量和剪切模量(见材料的力学性能)越大,则刚度越大。细杆和薄板在受侧向外力作用时刚度很小,但细杆和薄板如果组合得当,边界支持合理,使杆只承受轴向力,板只承受平面内的力,则它们也能具有较大的刚度。
在自然界,动物和植物都需要有足够的刚度以维持其外形。在工程上,有些机械、桥梁、建筑物、飞行器和舰船就因为结构刚度不够而出现失稳,或在流场中发生颤振等灾难性事故。因此在设计中,必须按规范要求确保结构有足够的刚度。但对刚度的要求不是绝对的,例如,弹簧秤中弹簧的刚度就取决于被称物体的重量范围,而缆绳则要求在保证足够强度的基础上适当减小刚度。
研究刚度的重要意义还在于,通过分析物体各部分的刚度,可以确定物体内部的应力和应变分布,这也是固体力学的基本研究方法之一。
1.2结构的静刚度与动刚度
静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度。动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度,即引起单位振幅所需的动态力。如果干扰力变化很慢(即干扰力的频率远小于结构的固有频率),动刚度与静刚度基本相同。干扰力变化极快(即干扰力的频率远大于结构的固有频率时),结构变形比较小,即动刚度比较大。当干扰力的频率与结构的固有频率相近时,有共振现象,此时动刚度最小,即最易变形,其动变形可达静载变形的几倍乃至十几倍。
构件变形常影响构件的工作,例如齿轮轴的过度变形会影响齿轮啮合状况,机床变形过大会降低加工精度等。影响刚度的因素是材料的弹性模量和结构形式,改变结构形式对刚度有显著影响。刚度计算是振动理论和结构稳定性分析的基础。在质量不变的情况下,刚度大则固有频率高。静不定结构的应力分布与各部分的刚度比例有关。在断裂力学分析中,含裂纹构件的应力强度因子可根据柔度求得。
1.3结构刚度计算公式
一个结构的刚度(k)是指弹性体抵抗变形拉伸的能力。
计算公式:
k=P/δ
P是作用于结构的恒力,δ是由于力而产生的形变。
刚度的国际单位是牛顿每米(N/m)。
转动刚度(Rotational stiffness)编辑
转动刚度(k)为:k=M/θ
其中,M为施加的力矩,θ为旋转角度。
转动刚度的国际单位为牛米每弧度。
转动刚度还有一个常用的单位为英寸磅每度。
其他的刚度包括:
拉压刚度(Tension and compressionstiffness)
轴力比轴向线应变(EA)
剪切刚度(shear stiffness)
剪切力比剪切应变(GA)
扭转刚度(torsional stiffness)
扭矩比扭应变(GI)
弯曲刚度(bending stiffness)
弯矩比曲率(EI)
1.4弹性模量
一般来说,刚度和弹性模量是不一样的。弹性模量是物质组分的性质;而刚度是结构的性质。也就是说,弹性模量是物质微观的性质,而刚度是
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