机械设计基础知识——强度

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强度：

强度是指某种材料抵抗破坏的能力，即材料破坏时所需要的应力。一般只是针对材料而言的。它的大小与材料本身的性质及受力形式有关。如某种材料的屈服强度、抗拉强度、抗剪强度是指这种材料在单位面积上能承受的最大拉力、剪力，与材料的形状无关。

屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力，对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。

抗拉强度就是试样拉断前承受的最大标称拉应力。是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性材料，它表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形;对于没有(或很小)均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。（将钢材拉伸，钢材的伸长量与使用的力成正比，当力消失，钢材就会恢复到原来的长度。这是钢材的弹性范围内的现象，拉伸时发生的伸长只是弹性变形。当将钢材拉伸，钢材伸长到一定的程度，继续再伸长时，力并不需要增加，只维持一定的大小就可以了。这种现象就是钢材的应力达到屈服强度了，这时如果将力撤除，钢材就不能在恢复原来的长度，被拉长了一点，发生了塑性变形。如果钢材到达屈服强度以后，我们继续拉伸，则钢材伸长到一定的程度时，还继续拉伸，里就需要增加拉力才行了，这是叫做钢材的塑性变形结束，强度开始增加了，直到最后，钢材被拉断。拉断时的应力，就是钢材的极限强度。）

抗压强度指外力是压力时的强度极限。金属材料有塑性材料（如低碳钢），也有脆性材料（如铸铁）。塑性材料只会越压越扁，没有抗压强度，但脆性材料是会压坏或压裂的，它有抗压强度，且它的抗压强度比抗拉强度高。

抗弯强度是指材料抵抗弯曲不断裂的能力，主要用于考察陶瓷等脆性材料的强度。

冲击强度是衡量材料韧性的一种指标，通常定义为试样在冲击载荷的作用下折断或折裂时，单位截面积所吸收的能量。冲击强度用于评价材料的抗冲击能力或判断材料的脆性和韧性程度，因此冲击强度也称冲击韧性。冲击强度是试样在冲击破坏过程中所吸收的能量与原始横截面积之比。最常见的冲击强度测试是塑料制品的冲击强度。

抗剪强度，又称剪切强度，材料产生剪断时的极限强度。是指外力与材料轴线垂直，并对材料呈剪切作用时的强度极限；或指抵抗剪切破坏的最大能力。反映材料抵抗剪切滑动的能力，在数值上等于剪切面上的切向应力值，即剪切面上形成的剪切力与破坏面积之比。

疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用而不会产生破坏的最大应力，称为疲劳强度或疲劳极限。一般试验时规定，钢在经受 次、非铁（有色）金属材料经受 次交变载荷作用时不产生断裂时的最大应力称为疲劳强度。疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。 [1] 据统计，在机械零件失效中大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以疲劳破坏经常造成重大事故，所以对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件要选择疲劳强度较好的材料来制造。

蠕变强度是指材料在某一温度下,经过一定时间后，蠕变量不超过一定限度时的最大允许应力。长期蠕变强度对发电设备等长时间使用的高温结构件来说是最基础、最重要的材料特性。

刚度：

刚度指某种构件或结构抵抗变形的能力，即引起单位变形时所需要的应力。一般 是针对构件或结构而言的。它的大小不仅与材料本身的性质有关，而且与构件或 结构的截面和形状有关。如机床主轴要有足够的刚度,在切削、加工时,受力（径向）变形极小,从而保证加工尺寸精度、形状精度等.提高刚度的措施有：提高截面尺寸面积；合理的支撑、跨度；截面形状；调质热处理等.

柔度：

刚度的倒数。柔度数值上等于 单位力在该点产生的位移，而刚度数值上等于 使该点产生单位位移所需的力；根据含义很容易理解两者互为倒数。比如该处刚度数值为100，则使该处产生单位位移就需要100的力；也就是说，在该处施加100的力使得该处产生了单位的位移；因此，如果施加单位1的力，那么就是产生1%的位移，也就是柔度为1/100。

硬度：

材料局部抵抗硬物压入其表面的能力.刀具硬度高,才能切削（金属）材料.如果材料非常硬（淬火后）,就需要磨削加工了,砂轮的磨料（磨粒）硬度更高.提高金属材料的硬度是淬火.低碳钢需要渗碳淬火（表面硬）；中碳钢、高碳钢可以直接淬火.

塑性：

材料的受力塑性（永久）变形的能力. 变形后除去应力也无法恢复原状。一般是低碳钢,冲压、拉拔、搓滚加工.提高塑性能力一般是退火热处理.

弹性：

材料受外力之后,会发生变形。其变形可分为弹性变形和塑性变形。弹性变形：虽然变形，但是除去应力后恢复原状。在外力作用下材料首先发生弹性变形，但外力超过一定限度后就发生塑性变形。材料弹性好，这个限度值就大，弹性不好这个限度值就很小。材料在外力作用下不发生塑性变形的能力就是弹性。

韧性：

材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性或冲击韧性，即材料承受冲击载荷时迅速产生塑性变形的性能。一般的,强度高伴随着硬度高,材料“发脆”,容易发生脆性断裂,不耐冲击.提高韧性的热处理方法,中碳钢可以调质处理；低碳钢渗碳淬火.

脆性：

材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。

延展性

物体在外力作用下能延伸成细丝而不断裂的性质叫延性；在外力（锤击或滚轧）作用能碾成薄片而不破裂的性质叫展性。如金属的延展性良好，其中金、铂、铜、银、钨、铝都富于延展性。石英、玻璃等非金属材料在高温时也有一定的延展性。

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