閉環遙測系統

[拼音]:qiangdu

[英文]:strength

材料、機械零件和構件抵抗外力而不失效的能力。強度包括材料強度和結構強度兩方面。強度問題有狹義和廣義兩種涵義。狹義的強度問題指各種斷裂和塑性變形過大的問題。廣義的強度問題包括強度、剛度和穩定性問題,有時還包括機械振動問題。強度要求是機械設計的一個基本要求。

材料強度

指材料在不同影響因素下的各種力學效能指標。影響因素包括材料的化學成分、加工工藝、熱處理制度、應力狀態,載荷性質、載入速率、溫度和介質等。

按照材料的性質,材料強度分為脆性材料強度、塑性材料強度和帶裂紋材料的強度。

(1)脆性材料強度:鑄鐵等脆性材料受載後斷裂比較突然,幾乎沒有塑性變形。脆性材料以其強度極限為計算強度的標準。強度極限有兩種:拉伸試件斷裂前承受過的最大名義應力稱為材料的抗拉強度極限,壓縮試件的最大名義應力稱為抗壓強度極限。

(2)塑性材料強度:欽鋼等塑性材料斷裂前有較大的塑性變形,它在解除安裝後不能消失,也稱殘餘變形。塑性材料以其屈服極限為計算強度的標準。材料的屈服極限是拉伸試件發生屈服現象(應力不變的情況下應變不斷增大的現象)時的應力。對於沒有屈服現象的塑性材料,取與 0.2%的塑性變形相對應的應力為名義屈服極限,用

0.2表示。

(3)帶裂紋材料的強度:常低於材料的強度極限,計算強度時要考慮材料的斷裂韌性(見斷裂力學分析)。對於同一種材料,採用不同的熱處理制度,則強度越高的斷裂韌性越低。

按照載荷的性質,材料強度有靜強度、衝擊強度和疲勞強度。材料在靜載荷下的強度,根據材料的性質,分別用屈服極限或強度極限作為計算強度的標準。材料受衝擊載荷時,屈服極限和強度極限都有所提高(見衝擊強度)。材料受迴圈應力作用時的強度,通常以材料的疲勞極限為計算強度的標準(見疲勞強度設計)。此外還有接觸強度(見接觸應力)。

按照環境條件,材料強度有高溫強度和腐蝕強度等。高溫強度包括蠕變強度和持久強度。當金屬承受外載荷時的溫度高於再結晶溫度(已滑移晶體能夠回覆到未變形晶體所需要的最低溫度)時,塑性變形後的應變硬化由於高溫退火而迅速消除,因此在載荷不變的情況下,變形不斷增長,稱為蠕變現象,以材料的蠕變極限為其計算強度的標準。高溫持續載荷下的斷裂強度可能低於同一溫度下的材料拉伸強度,以材料的持久極限為其計算強度的標準(見持久強度)。此外,還有受環境介質影響的應力腐蝕斷裂和腐蝕疲勞等材料強度問題。

結構強度

指機械零件和構件的強度。它涉及力學模型簡化、應力分析方法、材料強度、強度準則和安全係數。

按照結構的形狀,機械零件和構件的強度問題可簡化為杆、杆系、板、殼、塊和無限大體等力學模型來研究。不同力學模型的強度問題有不同的力學計算方法。材料力學一般研究杆的強度計算。結構力學分析杆系(桁架、剛架等)的內力和變形。其他形狀物體屬於彈塑性力學的研究物件。杆是指截面的兩個方向尺寸遠小於長度尺寸的物體,包括受拉的杆、受壓的柱、受彎曲的樑和受扭轉的軸。板和殼的特點是厚度遠小於另外兩個方向的尺寸,平的稱為板,曲的稱為殼。

要解決結構強度問題,除應力分析之外,還要考慮材料強度和強度準則,並研究它們之間的關係。如迴圈應力作用下的零件和構件的疲勞強度,既與材料的疲勞強度有關,又與零件和構件的尺寸大小、應力集中係數和表面狀態等因素有關。當迴圈載荷不規則變化時,還要考慮載荷譜包括載荷順序的影響。複合應力情形要用強度理論。有巨集觀裂紋情形要用斷裂力學分析。某些零件往往需要同時考慮幾種強度準則,加以比較,才能確定最可能出現的失效方式。

大部分的結構強度問題,通常是先確定結構形式,然後根據外載荷進行應力分析和強度校核。應用電子計算機方法以後,優化設計成為現實的問題,可以先提出一些具體的設計目標(例如要求結構重量最小),然後尋求最佳的結構形式。

參考文章

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