机械知识

强度、硬度、刚度区别

时间:2024-01-12 22:12:19   作者:   来源:   阅读:0   评论:0

材料的力学性能:

弹性性能、塑性性能、硬度、抗冲击性等

研究材料的力学性能,是工程师在设计和研发时主要依据

在产品设计初期,可以先进行线性分析,了解大致的趋势。在后期,需要在安全性和经济性上做平衡,这时需要对材料深度上做分析,要考虑非线性分析。

对于装配体,有时候需要考虑部件之间的接触情况,比如,滑移、分离等。

薄板的弯曲,用线性分析会导致极大的变形和应力。实际上,考虑几何非线性后,其变形比线性分析要小得多

最大应力与屈服应力接近,位移异常大以及两个表面相互穿透等

非线性分析很复杂,需要花费大量的时间才能掌握。工程师在执行非线性分析时,应该很清楚为什么要做非线性分析。

刚度和强度以及硬度的理解,对我们去选哪种分析类型有很大的帮助

刚度:

材料在受力时抵抗弹性变形的能力,刚度的大小取决于构件的几何形状和材料的弹性模量

强度

材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力或构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

塑性变形

当外力去掉后不能恢复到原来的形状和尺寸的变形成为塑性变形

常用的强度指标有拉伸强度和屈服强度,实验方法

  • 拉伸实验-拉伸强度、屈服强度

  • 三点弯曲实验-抗弯强度

  • 压缩实验-抗压强度

屈服强度

当荷载较小时,卸载后,材料能够恢复到原来的状态,此时材料处于弹性区域;当荷载超过某一个值时,卸载后,材料不能够恢复到原来的状态,材料处于塑性区域。弹性区域和塑性区域的转换点就是屈服点,屈服点的应力就是屈服应力。在弹性区域,应力应变关系是线性的,但是在塑性区域,应力应变关系是非线性的。

弹性模量

通常情况下,物体所受力与长度变化量成正比的变形称为弹性变形,其比值就是弹性模量。更严格的定义,在弹性范围内,应力-应变曲线的斜率即是弹性模量。

抗拉强度

过屈服阶段后,材料又恢复了抵抗变形的能力,要是它继续变形就必须增加作用力,这个阶段是材料的强化阶段。强化阶段最高点对应的应力就是抗拉强度。使材料发生断裂时的应力就是断裂应力。在材料的拉伸试验中,通常存在颈缩现象,材料的横截面会不断减少。在绘制应力-应变曲线的时候,如果不考虑材料横截面的变化,等到的曲线称为工程应力-应变曲线;如果考虑横截面变化的影响,得到的曲线就是真实的应力-应变曲线。

硬度

固体材料抗拒永久形变的特性,硬度与强度的关系,一般强度越高,塑性变形抗力越高,硬度值也就越高,反之亦然。硬度根据试验方法不同,有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC)、维氏硬度(HV)、里氏硬度(HL)硬度等,其中以布氏及洛氏较为常用

小结:

强度-抗拉抗压能力(屈服强度 Rp(MPa)抗拉强度Rm(MPa))

刚度-抗变形能力(弹性模量E(MPa)

硬度-抗磨损能力(洛式硬度(HRB))

韧度-延性能力(延伸率A(%))


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