在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)遇到零件的剛性要求，通俗來(lái)說(shuō)就是指在某些條件下，材料不能被破壞，或者最大變形不能超過(guò)某個(gè)值。那從技術(shù)指標(biāo)上看，是用哪些量來(lái)衡量？如何利用這些量來(lái)判定的呢？

性能判定的概念

首先，在專業(yè)參考書(shū)上，對(duì)性能判定作了以下定義。為了保證工程結(jié)構(gòu)的正常工作，一般需要滿足以下要求：

· 強(qiáng)度要求：在規(guī)定載荷作用下的構(gòu)件不應(yīng)破壞；

· 剛度要求：構(gòu)件應(yīng)有足夠抵抗變形的能力；

· 穩(wěn)定性要求：構(gòu)件應(yīng)有足夠保持原有平衡形態(tài)的能力。

其中，變形的基本形式包括拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲等。

材料力學(xué)性能

根據(jù)變形形式的不同，材料的力學(xué)性能也不同。以下以拉伸力學(xué)性能為例。

上圖為一般拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線，通常可以通過(guò)拉伸測(cè)試得到。那么從應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，可以獲取哪些信息呢？

首先，材料拉伸可以分為4個(gè)階段：即彈性階段--屈服階段--強(qiáng)化階段--局部變形階段。圖中ob 為彈性階段，此階段遵循胡克定律，即

其中，E 為拉伸彈性模量（或楊氏模量），b 點(diǎn)的應(yīng)力為彈性極限；bc 段為屈服階段，此階段失去了抵抗變形的能力，c 點(diǎn)的應(yīng)力為屈服極限；ce 段為強(qiáng)化階段，此階段恢復(fù)了抵抗變形的能力，最高點(diǎn)e 點(diǎn)的應(yīng)力為強(qiáng)度極限；ef 段為局部變形階段，此階段橫向尺寸會(huì)突然急劇減小，直至斷裂。

當(dāng)然，不是所有的材料都有明顯的4個(gè)階段，例如有些脆性材料的屈服階段、強(qiáng)化階段會(huì)很小。所以，對(duì)于未知材料需要通過(guò)測(cè)試來(lái)獲取這些參數(shù)，從而加深對(duì)材料的認(rèn)識(shí)。

性能判定原理

在工程實(shí)際中，脆性材料在受到一定的力時(shí)，變形很小就會(huì)斷裂；而塑性材料，在斷裂前還會(huì)出現(xiàn)明顯的塑性變形，這些現(xiàn)象都稱之為失效。運(yùn)用CAE進(jìn)行強(qiáng)度分析，就是判斷零件在一定的測(cè)試條件下是否會(huì)失效。

通過(guò)以上內(nèi)容，我們得知脆性材料斷裂時(shí)的應(yīng)力為強(qiáng)度極限σb，塑性材料屈服的應(yīng)力為屈服極限σs，這兩個(gè)參數(shù)為構(gòu)件失效時(shí)的極限應(yīng)力。在工程中會(huì)根據(jù)材料的不同，考慮不同的安全因數(shù)。極限應(yīng)力與安全因數(shù)的比值為許用應(yīng)力[σ]。為了保證構(gòu)件能正常工作，其工作應(yīng)力σ 必須小于許用應(yīng)力[σ]。

對(duì)于脆性材料：

對(duì)于塑性材料：

彎曲變形 

實(shí)際應(yīng)用中，彎曲變形量是經(jīng)常需要考察的指標(biāo)。以下介紹如何運(yùn)用公式快速計(jì)算出：等截面梁結(jié)構(gòu)在不同截面形狀、不同支撐條件下的最大彎曲變形。

在材料力學(xué)中，通俗上所說(shuō)的彎曲變形又稱撓度，定義為在受力或非均勻溫度變化時(shí)，桿件軸線在垂直于軸線方向的線位移，或板殼中面在垂直于中面方向的線位移，其英文為Deflection。

對(duì)于長(zhǎng)度為l 的懸臂梁，在自由端施加力F，其最大撓度為：

其中，EI 為梁的抗彎剛度，E 為材料的彈性模量，I 為截面慣性矩，與截面形狀有關(guān)。

從上式可以得出：若要減小最大撓度，可以減小力F，或減小梁的長(zhǎng)度l，或增加材料的彈性模量E，或增加截面慣性矩I。