刚度与强度：差异和需要注意的关键因素

材料的强度和刚度是评估产品时需要了解的两个关键属性。它们在确定材料用于不同目的方面发挥着重要作用。一些应用要求产品需要坚固且抗弯曲。此类产品还必须能够将负载分布到所需区域。

通常，人们将这些属性混淆为相同的。许多人还将这两个概念与材料的硬度相混淆。但是，它们之间存在一些差异。因此，在为各种目的选择材料时，了解这些差异至关重要。

本文解释了强度和刚度之间的区别及其技术特性。它还提供了使用坚硬和坚固的材料创建完美设计的技巧。让我们潜入水中！

刚度与强度

刚度和强度密切相关。因此，在工程方面，它们很容易混淆。它们在普通话中的使用使大多数人难以理解它们的区别。这也使得很难对它们进行相应的分类。虽然它们都暗示着一种抵抗感，但刚度在很多方面与强度不同。

什么是力量？

强度是材料在不断裂的情况下可以承受的应力量的量度。这是材料在断裂或永久变形之前承受最大载荷的能力。

当材料变形时，它的形状会随着施加的力而改变。因此，强度是指材料承受力而不断裂的能力。

它是材料在达到永久变形点之前承受施加在其上的载荷的能力的总度量。工程师通常将称为屈服应力“σy”的值与强度相关联。这有助于确定强度和刚度之间的差异。材料的强度是其化学成分和热处理的结果。

强度类型

在评估材料时，需要检查各种类型和强度的测量方法。它们包括以下内容：

抗拉强度

这是材料在永久损坏之前可以承受的最大拉伸或拉动量。拉伸强度本质上是衡量材料可以抵抗多少的量度。对于部件在应用程序中的性能，这是一个有用的参考点。

抗拉强度主要分为三大类，包括：

• 屈服强度。 这是材料开始塑性变形的点。
• 终极抗拉强度。 这是材料在不断裂的情况下可以承受的极限或最大应力。
• 断裂强度。 这描述了断裂点强度-应变曲线上的强度坐标。

冲击强度

冲击强度是材料在变形之前能够承受的冲击量或施加力的量度。引起冲击的载荷和材料的极限以能量表示。因此，冲击强度衡量的是材料在变形之前所能承受的能量水平。

抗压强度

顾名思义，抗压强度是材料可以承受的最大压缩或压力水平。它是使用万能试验机测量的。这台机器对材料施加了很大的负荷。

屈服强度与极限强度

顾名思义，屈服强度是材料在开始屈服和永久变形之前可以承受的最大载荷。此时，材料在施加最大力达到屈服点时发生变形。

另一方面，极限抗拉强度是指材料在拉伸时可以承受的最大应力。极限抗拉强度是材料对施加力的最高抵抗力。它经常导致材料的永久伸长或拉伸。

然而，屈服强度和极限抗拉强度都是材料抗变形能力的指标。

什么是材料的刚度？

材料的刚度是材料在受到外力作用后恢复其原始形状的能力的量度。是指材料抵抗外力作用，仍能恢复原状的能力。

这些力包括弯曲、拉伸和其他形式的应变。它也可以称为材料的刚度。这是它抵抗变形的能力。刚度与弹性或柔性材料密切相关。材料越柔韧，刚度越小。

通常，刚度是对材料负载引起的挠曲量的总测量。工程师经常将一个称为杨氏模量“E”的值与刚度相关联。

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刚度和强度之间的关系

当谈到刚度与强度时，很容易混淆。从逻辑上看，如果一种材料很硬，它就足以承受力和支撑载荷而不会断裂。但是，情况并非如此，因为“更强”并不一定意味着“更硬”。

材料的强度和刚度属性没有直接关系。当这些具有不同刚度和强度特性的材料暴露于外力时，这一点很明显。刚性材料的特性可能使其在承受多种形式受力后恢复到原来的形状。

另一方面，坚固的材料不会改变其形式。它要么抵抗力，要么在力大于其拉伸强度时永久变形。这可能会使单纯的逻辑混淆，因为抵抗物理变形是定义强度和刚度的关键部分。但是，如果强度低，材料很容易断裂。如果它具有低刚度，它可以偏转高负载。

强度和刚度有什么区别 材料？

强度和刚度是材料的两个物理特性。它们之间的一个主要区别是刚度是物体承受压力而不破裂的能力。另一方面，强度是物体在施加应力时抵抗变形的能力。

强度测量材料在断裂（拉伸强度）或永久变形（屈服强度）之前施加在材料上的应力或力。然而，材料的刚度定义了材料如何弯曲以抵抗施加的力，同时在移除力后恢复其原始形状。

如果施加的力超过其抗拉强度，刚度较小的坚固材料将破裂。坚固的材料不会改变其形式。如果施加的力超过了它的力量，它就会简单地断裂，完全失去原来的形状。

但是，强度较低的硬质材料会变形。偏转有助于它适应施加在其上的力。因此，一旦去除外力，它可以恢复到原来的形状。

设计强度和刚度的最佳实践

刚度与强度是制造中需要考虑的一个重要主题。以下是在设计过程之前和整个设计过程中需要检查的四个最佳实践。

1. 计算每种材料的预期应力

为了确定可能出现的挫折，您必须确定要施加在每种材料上的预期力。重要的是要知道如何测试材料的刚度。您可以通过测量预期设计如何响应不同的力来做到这一点。要检查这一点，您可以使用检测技术来预测模型行为并分析结果数据。此外，您必须注意与材料所处环境相关的替代系统中的蠕变和疲劳变量。

2. 在选择之前对一系列材料进行测试

应使用具有已知机械性能的材料来测试外力的强度或刚度。陶瓷等材料很脆。它们在断裂前不表现出任何变形。在施加力后，它们会迅速断裂并永久变形。另一方面，金属具有延展性和脆性。如果具有延展性，它们会在断裂前表现出塑性变形。脆性替代物在施加超过其屈服点的力时会永久变形

3.在开始设计时确定重要因素

确定对您的设计最重要的因素和组件非常重要。这些因素可能包括均匀和冲击载荷以及恒定和集中载荷。在使用 CAD 软件开发设计时，这在设计的开始阶段尤其重要。这将帮助您使用框图建模和键图创建这些组件的图形表示。因此，您将对所需的刚度和强度有所了解。

4. 在制作原型之前确认设计的功能

您可以咨询工程师来审查您的设计。他们将帮助您对您的设计进行技术分析，并在必要时提供审查。利用 FEA 分析来优化设计的几何形状。然后，在制作原型之前确保数值结果是同步的。

结论

了解材料强度和刚度在基础决策中的各个作用非常重要。它们是生产高端产品的重要因素。这是因为生产取决于材料对施加力或负载的反应。

了解强度和刚度之间差异的最可靠方法是与可靠的公司合作。在 RapidDirect，我们了解不同产品设计和材料之间的相互作用。我们还了解这些材料如何与地面以及设备负载相互作用。

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