强度与刚度设计

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1、强度与刚度设计定义强度：材料或零构件抵抗外力而不发生失效 的能力。定义刚度：材料在受力时抵抗弹性变形的能力。强度设计常规强度设计现代强度设计一、常规机械强度设计理论：一、常规机械强度设计设计步骤： （1）由理论力学确定零构件所受外力； （2）由材料力学（有时采用弹性力学或塑性力学）计算其 内力； （3）由机械原理和机械零件确定其结构尺寸和形状； （4）计算该零构件的工作应力或安全系数。一、常规机械强度设计设计四个螺栓的直径一、常规机械强度设计1.受力分析一、常规机械强度设计2.计算内力：由 Q=QP+KCF 及下图得总拉力Q=3962N一、常规机械强度设计3.确定尺寸： 根据许用应力和安全系数

2、可的危险剖面的直径d9.054mm 因此，选用M12的螺栓。一、常规机械强度设计4.校核（1）联接结合面下端的挤压应力 pmax=1.267MPap 联接结合面下端不致压溃。（2）联接结合面上端的残余应力 pmin=0.114MPa0 即联接结合面上端受压处不会产生缝隙一、常规机械强度设计特点：1.假设制造机械零构件的材料性能是均匀的、各向同性的、连续的实体；2.承受较为简单的载荷作用；3.应用弹性变形理论。一、常规机械强度设计存在的问题：1.应力的多轴性和变形的弹塑性；2.疲劳破坏的普遍性；3.疲劳与蠕变的交互作用；4.强度中的寿命计算；5.疲劳强度可靠性；6.局部应力应变分析；7.断裂力学

3、二、现代机械强度设计理论：1.应力应变分析方法及线弹性强度理论2.弹塑性强度理论3.含裂纹体的强度理论4.疲劳强度理论1.应力应变分析方法及线弹性强度理论弹性力学基本方程一点处的应力应变主应力主平面设计计算方程求解：解析法、有限元法坐标变换强度准则1.应力应变分析方法及线弹性强度理论特点： 考虑了材料的线弹性变形，即应力应变是线性关系，运用弹性力学、形变能理论、最大剪应力理论等确定主应力和主平面，能较好的解决复杂应力的问题。2.弹塑性强度理论变形分析应力状态分析（弹性极限状态、弹塑性状态、塑形极限状态）各状态的极限载荷2.弹塑性强度理论特点：1)基本假设：除理想弹性这一点外，其余同弹性力学。即

4、平衡方程、几何方程均相同2)应力应变之间的关系是非线性的，其非线性性质与具体材料有关2.弹塑性强度理论特点：3)应力与应变之间没有一一对应的关系，它与加载历史有关不惟一性；4)在变形体中存在弹性变形区和塑性变形区，因而在求解问题时，需要找出弹性区和塑性区的分界线（屈服准则）；2.弹塑性强度理论特点：5)在分析问题时，需要区分是加载过程还是卸载过程。在加载过程中，使用塑性的应力应变关系方程；在卸载过程中，使用广义胡克定律。3.含裂纹体的强度理论确定结构及受力应力强度因子K判断是否处于裂纹的稳定扩展阶段由最大应力求出临界裂纹尺寸a确定Paris公式中的各项系数求裂纹扩展寿命G准则K准则Paris公

5、式用于研究裂纹扩展速率，作为设计选材时的参考，以及计算裂纹体的剩余寿命。3.含裂纹体的强度理论应力强度因子的特性：1.应力强度因子是裂纹尖端应力应变场强 度的度量；2.应力强度因子是裂纹尖端应力应变场具 有奇异性的度量；3.应力强度因子的临界值是材料本身的固 有属性。aK4.疲劳强度理论设计准则：1.无限寿命设计：对疲劳强度要求高。钢轨、桥梁、车轴等的设计。应力只要不超过应力只要不超过 ，则，则N可无限增可无限增大大1有限寿命区无限寿命区4.疲劳强度理论设计准则：2.安全寿命设计（有限寿命设计）：要求零部件或结构在给定的使用周期内不能产生任何疲劳缺陷。常用于飞机、汽车、压力容器等的设计中。有限