平面内刚度与平面外刚度[精品]

平面内刚度与平面外刚度[精品] 平面内刚度与平面外刚度 首先要理解什么是“平面内”和“平面外”。 平面内就是指和载荷作用方向一直的方向，平面外就是和载荷作用方向垂直的方向。 通常所说的楼板平面内的刚度无限大，是指在水平荷载(地震和风等)作用下，在水平面内可以视为刚体，在该平面内的每一点的位移都是相等的，此时它的截面高度可以认为是整个楼的面宽或进深。而平面外方向就是指楼板的结构厚度，结构厚度通常仅仅为十几公分，和整个楼的面宽或进深的十几米或几十米相比起来，就小多了。 刚性楼板:平面内刚度无限大，平面外刚度为零～即忽略了竖向刚度，因此，要考虑楼面梁的翼缘效应～(《高规》5.2.2) 弹性楼板6:真实计算面内刚度和面外刚度——采用壳单元，最符合实际情况，可应用于任何工程;但实际上，在采用本假定时，部分楼面竖向荷载将通过楼面的面外刚度直接传递给竖向构件(柱。墙等)，导致梁的弯矩减小，相应的配筋也减小，与实际情况有差别～可应用于板柱结构～ 弹性楼板3:假定无平面内刚度，而平面外刚度是真实的——采用厚板弯曲单元。可应用于厚板转换层结构～ 弹性膜:真实计算平面内刚度，忽略平面外刚度——采用平面应力膜单元计算～可应用于工业厂房结构、体育场馆结构、楼板局部开大洞结构及平面弱连接结构～ 强度定义 1、材料、机械零件和构件抵抗外力而不失效的能力。强度包括材料强度和结构强度两方面。强度问有狭义和广义两种涵义。狭义的强度问题指各种断裂和塑 性变形过大的问题。广义的强度问题包括强度、刚度和稳定性问题，有时还包括机械振动问题。强度要求是机械设计的一个基本要求。 材料强度 指材料在不同影响因素下的各种力学性能指标。影响因素包括材料的化学成分、加工工艺、热处理制度、应力状态，载荷性质、加载速率、温度和介质等。 按照材料的性质，材料强度分为脆性材料强度、塑性材料强度和带裂纹材料的强度。?脆性材料强度:铸铁等脆性材料受载后断裂比较突然，几乎没有塑性变形。脆性材料以其强度极限为计算强度的标准。强度极限有两种:拉伸试件断裂前承受过的最大名义应力称为材料的抗拉强度极限，压缩试件的最大名义应力称为抗压强度极限。?塑性材料强度:钦钢等塑性材料断裂前有较大的塑性变形，它在卸载后不能消失，也称残余变形。塑性材料以其屈服极限为计算强度的标准。材料的屈服极限是拉伸试件发生屈服现象(应力不变的情况下应变不断增大的现象)时的应力。对于没有屈服现象的塑性材料，取与 0.2,的塑性变形相对应的应力为名义屈服极限，用σ0.2示。?带裂纹材料的强度:常低于材料的强度极限，计算强度时要考虑材料的断裂韧性(见断裂力学分析)。对于同一种材料，采用不同的热处理制度，则强度越高的断裂韧性越低。 按照载荷的性质，材料强度有静强度、冲击强度和疲劳强度。材料在静载荷下的强度，根据材料的性质，分别用屈服极限或强度极限作为计算强度的标准。材料受冲击载荷时，屈服极限和强度极限都有所提高(见冲击强度)。材料受循环应力作用时的强度，通常以材料的疲劳极限为计算强度的标准(见疲劳强度设计)。此外还有接触强度(见接触应力)。 按照环境条件，材料强度有高温强度和腐蚀强度等。高温强度包括蠕变强度和持久强度。当金属承受外载荷时的温度高于再结晶温度(已滑移晶体能够回复到未变形晶体所需要的最低温度)时，塑性变形后的应变硬化由于高温退火而迅速消除，因此在载荷不变的情况下，变形不断增长，称为蠕变现象，以材料的蠕 变极限为其计算强度的标准。高温持续载荷下的断裂强度可能低于同一温度下的材料拉伸强度，以材料的持久极限为其计算强度的标准(见持久强度)。此外，还有受环境介质影响的应力腐蚀断裂和腐蚀疲劳等材料强度问题。 结构强度 指机械零件和构件的强度。它涉及力学模型简化、应力分析、材料强度、强度准则和安全系数。 按照结构的形状，机械零件和构件的强度问题可简化为杆、杆系、板、壳、块和无限大体等力学模型来研究。不同力学模型的强度问题有不同的力学计算方法。材料力学一般研究杆的强度计算。结构力学分析杆系(桁架、刚架等)的内力和变形。其他形状物体属于弹塑性力学的研究对象。杆是指截面的两个方向尺寸远小于长度尺寸的物体，包括受拉的杆、受压的柱、受弯曲的梁和受扭转的轴。板和壳的特点是厚度远小于另外两个方向的尺寸，平的称为板，曲的称为壳。 要解决结构强度问题，除应力分析之外，还要考虑材料强度和强度准则，并研究它们之间的关系。如循环应力作用下的零件和构件的疲劳强度，既与材料的疲劳强度有关，又与零件和构件的尺寸大小、应力集中系数和表面状态等因素有关。当循环载荷不变化时，还要考虑载荷谱包括载荷顺序的影响。复合应力情形要用强度理论。有宏观裂纹情形要用断裂力学分析。某些零件往往需要同时考虑几种强度准则，加以比较，才能确定最可能出现的失效方式。 大部分的结构强度问题，通常是先确定结构形式，然后根据外载荷进行应力分析和强度校核。应用电子计算机方法以后，优化设计成为现实的问题，可以先提出一些具体的设计目标(例如要求结构重量最小)，然后寻求最佳的结构形式。 2、金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。按外力作用的性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等，工程常用的是屈服强度和抗拉强度，这两个强度指标可通过拉伸试验测出 强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力(即抵抗失效能力)的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度(弯曲疲劳和接触疲劳等)、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项目。强度的试验研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。 强度是指材料承受外力而不被破坏(不可恢复的变形也属被破坏)的能力.根据受力种类的不同分为以下几种: (1)抗压强度--材料承受压力的能力. (2)抗拉强度--材料承受拉力的能力. (3)抗弯强度--材料对致弯外力的承受能力. (4)抗剪强度--材料承受剪切力的能力. 3、强度是在“外力作用下，材料抵抗变形和破坏的能力”。 根据外力的作用方式，有多种强度指标，如抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等。当材料承受拉力时，强度性能指标主要是降伏强度和抗拉强度。 注意强度和硬度是本质上不同的概念。玻璃等硬而脆的物质虽然硬度大(变形与外力之比小)但强度小(在断裂之前能承受的总外力小)。对于同系列的金属，此二者可以有一定的对应关系。强度测量往往需要彻底毁坏材料，而硬度试验则毁坏较小或不毁坏。所以校定的硬度强度换算关系被用来由硬度推算强度。 金属材料的强度 是金属材料的在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。工程上常用来表示金属材料强度的指标有屈服强度和抗拉强度。 屈服强度 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。 σS=Fs/AO Fs----试样产生屈服现象时所承受的最大外力(N) AO----试样原来的截面积(mm2) σS---屈服强度(Mpa) 抗拉强度 抗拉强度是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力，用σb=FO/AO FO----试样在断裂前的最大外力(N) AO----试样原来的截面积(mm2) σb---抗拉强度(Mpa) 刚度及定义 刚度 受外力作用的材料、构件或结构抵抗变形的能力。材料的刚度由使其产生单位变形所需的外力值来量度。各向同性材料的刚度取决于它的弹性模量E和剪切模量G(见胡克定律)。结构的刚度除取决于组成材料的弹性模量外，还同其几何形状 、边界条件等因素以及外力的作用形式有关。分析材料和结构的刚度是工程设计中的一项重要工作。对于一些须严格限制变形的结构(如机翼、高精度的装配件等)，须通过刚度分析来控制变形。许多结构(如建筑物、机械等)也要通过控制刚度以防止发生振动、颤振或失稳。另外，如弹簧秤、环式测力计等，须通过控制其刚度为某一合理值以确保其特定功能。在结构力学的位移法分析中，为确定结构的变形和应力，通常也要分析其各部分的刚度。 刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。零件的刚度(或称刚性)常用单位变形所需的力或力矩来表示，刚度的大小取决于零件的几何形状和材料种类(即材料的弹性模量)。刚度要求对于某些弹性变形量超过一定数值后，会影响机器工作质量的零件尤为重要，如机床的主轴、导轨、丝杠等。 工艺系统的刚度 1 (基本概念 刚度的一般概念是指物体或系统抵抗变形的能力。用加到物体的作用力与沿此作用力方向上产生的变形量的比值表示。 切削加工过程中，在各种外力作用下，工艺系统各部分将在各个受力方向产生相应变形。对于工艺系统受力变形，主要研究误差敏感方向上的变形量。因此，工艺系统刚度定义为:作用于工件加工表面法线方向上的切削力与刀具在切削力作用下相对于工件在法线方向位移的比值 工艺系统刚度定义中 ，力和变形是在静态下测定的， 为工艺系统静刚度 ;变形量 是由 总切削力 作用的综合结果，当 引起 Y方向位移超出 引起的位移时，总位移与 方向相反，呈负值，此时刀架处于负刚度状态。负刚度使刀尖扎入工件表面(扎刀)，还会使工件产生振动，应尽量避免。 2 (工艺系统刚度的计算 工艺系统的总变形量 应是各个组成环节在同一处的法向变形的叠加 已知工艺系统各组成环节的刚度，即可求得工艺系统刚度。对于工件和刀具，一般说来都是一些简单构件，可用材料力学 近似计算，如车刀的刚度可以按悬臂梁计算，用三爪卡盘夹持工件，工件的刚度可以按悬臂梁计算，用顶尖加工细长轴，工件的刚度可以按简支梁计算等;对于机床和夹具，结构比较复杂，通常用实验法测定其刚度。 强度与刚度的区别 从工程力学的角度上讲: 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。 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。 不同类型的刚度其表达式也是不同的，如截面刚度是指截面抵抗变形的能力，表达式为材料弹性模量或剪切模量和相应的截面惯性矩或截面面积的乘积。其中截面拉伸(压缩)刚度的表达式为材料弹性模量和截面面积的乘积;截面弯曲刚度为材料弹性模量和截面惯性矩的乘积等等。 构件刚度是指构件抵抗变形的能力，其表达式为施加于构件上的作用所引起的内力与其相应的构件变形的比值。其中构件抗弯刚度其表达式为施加在受弯构件上的弯矩与其引起变形的曲率变化量的比值;构件抗剪刚度为施加在受剪构件上的剪力与其引起变形的正交夹角变化量的比值。而结构侧移刚度则指结构抵抗侧向变形的能力，为施加于结构上的水平力与其引起的水平位移的比值等等。 当然，也可以将材料的弹性模量或变形模量理解为材料的刚度。 强度:其法定单位是:牛/平方毫米(N/mm^2)，即金属单位面积上所能承受的力的大小。指金属材料抵抗外力破坏作用的能力。可分为:抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度。 刚度:即硬度，指材料抵抗硬的物体压入自己表面的能力。其按测定方法不同可用洛氏(HR)硬度、表面洛氏(HR)硬度、维氏(HV)硬度、布氏(HB)硬度来衡量其大小，但均没单位。 硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标。硬度试验根据其测试方法的不同可分为静压法(如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等)、划痕法(如莫氏硬度)、回跳法(如肖氏硬度)及显微硬度、高温硬度等多种方法。 强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力(即抵抗失效能力)的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。机械零件的强度一般可以分为静强度、疲劳强度(弯曲疲劳和接触疲劳等)、断裂强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变、胶合强度等项。强度的试验研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。 刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。零件的刚度(或称刚性)常用单位变形所需的力或力矩来表示，刚度的大小取决于零件的几何形状和材料种类(即材料的弹性模量)。刚度要求对于某些弹性变形量超过一定数值后，会影响机器工作质量的零件尤为重要，如机床的主轴、导轨、丝杠等。 强度是抵抗塑性变形的能力，刚度是表示材料发生弹性变形的难易程度。