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Creo Simulate-基础知识基础知识 2 • 物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之 间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的 位置恢复到变形前的位置 • 在所考察的截面某一点单位面积上的内力单位面积上的内力称为应力同截面垂直的称为正应 力或法向应力，同截面相切的称为剪应力或切应力 应力 3 • 应力会随着外力的增加而增长，对于某一种材料，应力的增长是有限度的， 超过这一限度，材料就要破坏对某种材料来说，应力可能达到的这个限度 称为该种材料的极限应力极限应力值要通过材料的力学试验来测定将测 定的极限应力作适当降低，规定出材料能安全工作的应力最大值，这就是许 用应力材料要想安全使用，在使用时其内的应力应低于它的极限应力，否 则材料就会在使用时发生破坏 • 有些材料在工作时，其所受的外力不随时间而变化，这时其内部的应力大小 不变，称为静应力；还有一些材料，其所受的外力随时间呈周期性变化，这 时内部的应力也随时间呈周期性变化，称为交变应力材料在交变应力作用 下发生的破坏称为疲劳破坏通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强 度极限时，破坏就可能发生。

另外材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局 部增大，这种现象称为应力集中对于组织均匀的脆性材料，应力集中将大 大降低构件的强度，这在构件的设计时应特别注意 应力 4 • 一个圆柱体两端受压，那么沿着它轴线方向的应力就是压应力压应力就是 指使物体有压缩趋势的应力 不仅仅物体受力引起压应力，任何产生压缩 变形的情况都会有，包括物体膨胀后 另外，如果一根梁弯曲，不管是受 力还是梁受热不均而引起弯曲，等等，弯曲内侧自然就受压应力，外侧就受 拉应力 • 应力的单位为Pa •1 Pa=1 N/m2 • 工程实际中应力数值较大，常用MPa或GPa作单位 •1 MPa=10^6Pa •1 GPa=10^9Pa 应力 5 • 在外力作用下，材料或结构抵抗破坏（永久变形和断裂）的能力按所抵抗 外力的作用形式可分为：抵抗静态外力的静强度，抵抗冲击外力的冲击强度， 抵抗交变外力的疲劳强度等；按环境温度可分为：常温下抵抗外力的常温强 度，高温或低温下抵抗外力的热(高温)强度或冷(低温)强度等按外力作用 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、在腐蚀条件下的耐腐蚀强度、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 6 • 某种材料的强度可由这种材料制成的标准试件作单向载荷(拉伸、压缩、剪 切等)试验确定从开始加载到破坏的整个过程中，试件截面所经受的最大 应力就反映出材料的强度，通常称为材料的极限强度 • 具有复杂几何形状的结构，例如杆系、板、壳体、薄壁系统等工程结构以及 自然界中的生物体结构等，它们的强度是指这些结构的极限承载能力这种 能力不仅与结构的材料强度有关，而且与结构的几何形状、外力的作用形式 等有关 • 强度问题十分重要，许多房屋、桥梁、堤坝等的倒塌，飞机、航天飞船的坠 毁都是由于强度不够而造成的所以在工程设计中，强度问题常列为最重要 的问题之一为了确保强度满足要求，必须在给定的环境（如外力和温度） 下对结构进行强度计算或强度试验。

强度计算是指计算出材料或结构在给定 环境下的应力和应变，并根据强度理论确定材料或结构是否破坏；强度试验 是指在模拟环境中检验材料或结构是否破坏 强度 7 • 剪切模量（modulus of rigidity），材料常数，是剪切应力与应变的比值 又称切变模量或刚性模量材料的力学性能指标之一是材料在剪切应力作 用下，在弹性变形比例极限范围内，切应力与切应变的比值它表征材料抵 抗切应变的能力模量大，则表示材料的刚性强剪切模量的倒数称为剪切 柔量，是单位剪切力作用下发生切应变的量度，可表示材料剪切变形的难易 程度 剪切模量 8 • 刚度是指材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力是材料或结构弹性变形 难易程度的表征材料的刚度通常用弹性模量E来衡量在宏观弹性范围内， 刚度是零件荷载与位移成正比的比例系数，即引起单位位移所需的力它的 倒数称为柔度，即单位力引起的位移刚度可分为静刚度和动刚度 • 材料的弹性模量和剪切模量越大，则刚度越大细杆和薄板在受侧向外力作 用时刚度很小，但细杆和薄板如果组合得当，边界支持合理，使杆只承受轴 向力，板只承受平面内的力，则它们也能具有较大的刚度 刚度 9 • 泊松比是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的 比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。

• 材料沿载荷方向产生伸长(或缩短)变形的同时，在垂直于载荷的方向会产生 缩短(或伸长)变形垂直方向上的应变εl与载荷方向上的应变ε之比的负 值称为材料的泊松比以v表示泊松比，则v=-εl/ε在材料弹性变形阶段 内，v是一个常数 泊松比 10 • 应力集中是应力在固体局部区域内显著增高的现象多出现于尖角、孔洞、 缺口、沟槽以及有刚性约束处及其邻域应力集中会引起脆性材料断裂；使 脆性和塑性材料产生疲劳裂纹，无论是脆性材料还是塑性材料的疲劳问题， 都必须考虑应力集中的影响 应力集中 11 • 物体在受到外力作用下会产生一定的变形，变形的程度称应变应变有正应 变（线应变），切应变（角应变） • 线应变又叫正应变，它是某一方向上微小线段因变形产生的长度增量（伸长 时为正）与原长度的比值；角应变又叫剪应变或切应变，它是两个相互垂直 方向上的微小线段在变形后夹角的改变量（以弧度表示，角度减小时为正） 应变与所考虑的点的位置和所选取的方向有关 应变 12 • 一般地讲，对弹性体施加一个外界作用，弹性体会发生形状的改变（称为 “应变”），“弹性模量”的一般定义是：应力除以应变 • 材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其 比例系数称为弹性模量。

“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量，是 一个统称 • 又称杨氏模量，弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质，是物体弹性 变形难易程度的表征，用E表示定义为理想材料有小形变时应力与相应的 应变之比 • 弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料 发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下， 发生弹性变形越小弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所 需要的应力它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的 刚度 弹性模量 13 • 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实际上，金属材料并不可能作无限多次交变载荷试 验 • 机械零件，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等，在工作过程中各点的应力随 时间作周期性的变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变应力（也称 循环应力）在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服 点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属 的疲劳 疲劳强度 14 • 振型是对应于频率而言的，一个固有频率对应于一个振型按照频率从低到 高的排列，依次称为第一阶振型，第二阶振型等等，指的是在该固有频率下 结构的振动形态，频率越高则振动周期越小。

振型 15 • 胡克定律，曾译为虎克定律，是力学弹性理论中的一条基本定律，表述为： 固体材料受力之后，材料中的应力与应变（单位变形量）之间成线性关系 满足胡克定律的材料称为线弹性或胡克型（英文Hookean）材料 • F=-k·x或△F=-k·Δx 胡克定律 16 • 以应变和应力的形式贮存在物体中的势能，又称变形能 应变能 17 • 静态载荷又叫静载荷，即构件所承受的外力不随时间而变化，而构件本身各 点的状态也不随时间而改变，就是构件各质点没有加速度如果整个构件或 整个构件的某些部分在外力作用下速度有了明显改变，即发生了较大的加速 度，研究这时的应力和变形问题就是动载荷问题 • 动载荷包括短时间快速作用的冲击载荷（如空气锤）、随时间作周期性变化 的周期载荷（如空气压缩机曲轴）和非周期变化的随机载荷如汽车发动机曲 轴） 静载荷和动载荷对于构件的作用是不同的例如起重机中以加速度提升的绳 索当物体静止不动或以等速上升时，绳索所受拉力等于物体的重量，物体 的重量对绳索为静载荷作用但是如果绳索吊着物体以加速度上升，绳索就 要受到较大的拉力这时物体的重力便引起了动载荷作用 在工程中，构件受动载荷作用的例子很多。

例如，内燃机的连杆、机器的飞 轮等，在工作时它们的每一微小部分都有相当大的加速度，因此是动载荷问 题当发生碰撞时，载荷在极短的时间内作用在构件上，在构件中所引起的 应力可能很大，而材料的强度性质也与静载荷作用时不同，这种应力成为冲 击应力此外，当载荷作用在构件上时，如果载荷的大小经常作周期性的改 变，材料的强度性质也将不同，这种载荷作用下的应力成为交变应力冲击 应力和交变应力的计算也是动载荷问题 静态载荷和动态载荷 18 • 热量以卡为单位时与功的单位之间的数量关系，相当于单位热量的功的数量， 叫做热功当量英国物理学焦耳首先用实验确定了这种关系，将这种关系表 示为1卡（热化学卡）=4.1840焦耳，即1千卡热量同427千克力米的功相当， 即热功当量J=427千克·力米/千卡=4.1840焦耳/卡在国际单位制中规定热 量、功统一用焦耳作单位 热功当量 。