机械设计一点通：强度之谜，你了解多少？

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力量：

强度是指材料抵抗破坏的能力，即材料被破坏时所需要的应力。一般只适用于材料，其大小与材料本身的性质、受力形式有关。例如材料的屈服强度、抗拉强度、剪切强度是指材料在单位面积上所能承受的最大拉力和剪力，与材料的形状无关。

屈服强度是金属材料屈服时的屈服极限，即抵抗轻微塑性变形的应力。对于无明显屈服的金属材料，规定产生0.2％残余变形的应力值作为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。

拉伸强度是试样在断裂前能承受的最大公称拉应力。它是金属由均匀塑性变形转入局部集中塑性变形的临界值，也是金属在静拉伸作用下承受的最大载荷能力。对于塑性材料，它表征材料抵抗最大均匀塑性变形的能力。拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀的，但超过该最大拉应力后，金属开始收缩，即出现集中变形；对于没有（或很少）均匀塑性变形的脆性材料，它反映材料抵抗断裂的抗力。 （当钢筋被拉伸时，钢筋的伸长量和所用的力成正比，当力消失后，钢筋会恢复到原来的长度，这是钢筋弹性范围内的现象，拉伸时发生的伸长只是弹性变形，当钢筋被拉伸，钢筋被拉伸到一定程度后，继续拉伸时不需要再加大力，只需保持一定的大小即可，这种现象就是钢筋的应力已经达到了屈服强度，此时如果撤去力，钢筋无法恢复到原来的长度，被拉伸了一点，就发生了塑性变形，钢筋达到屈服强度后，我们继续拉伸，当钢筋被拉伸到一定程度后，继续拉伸，需要加大张力，这就叫钢筋塑性变形的结束，强度开始增加，直到钢筋最后被拉断，拉断时的应力就是钢筋的极限强度。）

抗压强度是指外力为压力时的强度极限。金属材料包括塑性材料（如低碳钢）和脆性材料（如铸铁）。塑性材料在压缩时只会变平，没有抗压强度，而脆性材料则会被压碎或破裂。它们具有抗压强度，并且其抗压强度高于其抗拉强度。

抗弯强度是指材料抵抗弯曲而不断裂的能力，主要用于考察陶瓷等脆性材料的强度。

冲击强度是材料韧性的指标，通常定义为试样在冲击载荷作用下断裂或破裂时，单位横截面积所吸收的能量。冲击强度用于评价材料抗冲击性能或确定材料的脆性和韧性，因此也称冲击韧性。冲击强度是试样在冲击破坏过程中所吸收的能量与其原始横截面积之比。最常见的冲击强度试验是塑料制品的冲击强度。

剪切强度又称抗剪强度，是材料在受到剪切时所能达到的极限强度。它是指外力垂直于材料轴线方向，以剪切方式作用于材料时的强度极限；或指抵抗剪切破坏的最大能力。它反映了材料抵抗剪切滑动的能力，在数值上等于剪切面上的切向应力值，即剪切面上形成的剪力与破坏面积之比。

疲劳强度是指材料在无限次交变载荷作用下，所能承受而不断裂的最大应力，称为疲劳强度或疲劳极限。一般把钢在无限次交变载荷作用下，所能承受而不断裂的最大应力称为疲劳强度，把有色（非铁）金属材料在无限次交变载荷作用下，所能承受的最大应力称为疲劳强度。疲劳损伤是机械零件失效的主要原因之一。[1]据统计，80%以上的机械零件失效是由于疲劳损伤引起的，而疲劳损伤前一般没有明显的变形，所以疲劳损伤常常会造成重大事故。因此，对于轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等承受交变载荷的零件，应选用疲劳强度较好的材料进行制造。

蠕变强度是指材料在一定的温度下，经过一定的时间，在蠕变量不超过一定限度的情况下，所能承受的最大应力。长期蠕变强度是对发电设备等长期使用的高温结构件最基本、最重要的材料性能。

刚性：

刚度是指构件或结构抵抗变形的能力，即引起单位变形所需的应力。它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，还与构件或结构的截面和形状有关。例如机床的主轴必须具有足够的刚度，在切削加工时，受力（径向）变形极小，从而保证加工尺寸精度和形状精度。提高刚度的措施有：增大截面面积；合理的支撑和跨度；截面形状；淬火、回火热处理等。

柔软度：

刚度的倒数。柔度的数值等于该点单位力产生的位移，而刚度的数值等于该点产生单位位移所需的力；从含义上看，很容易理解两者互为倒数。比如该点的刚度值为100，则该点产生单位位移需要100的力；即在该点施加100的力，该点产生单位位移；因此，如果施加1单位力，则产生1%的位移，即柔度为1/100。

硬度：

材料部分抵抗硬物压入其表面的能力。刀具必须是硬质材料才能切削。如果材料很硬（淬火后），则需要磨削，而砂轮的磨料（磨粒）要硬一些。增加金属材料的硬度就是淬火。低碳钢需要渗碳淬火（表面硬度）；中碳钢和高碳钢可直接淬火。

可塑性：

材料在应力作用下产生塑性（永久）变形的能力。变形后，即使应力消除，也不能恢复到原来的形状。一般为低碳钢，经冲压、拉拔、轧制等加工而成。一般采用退火热处理来提高塑性。

弹性：

材料受到外力作用时，就会发生变形。变形可分为弹性变形和塑性变形。弹性变形：虽然变形了，但应力除去后又恢复到原来的状态。在外力作用下，材料先发生弹性变形，但外力超过一定限度后，就会发生塑性变形。如果材料弹性好，这个限度值就大，如果弹性不好，这个限度值就小。材料在外力作用下不发生塑性变形的能力就是弹性。

韧性：

材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性或冲击韧性，是材料在受到冲击载荷时迅速发生塑性变形的能力。通常，高强度伴随着高硬度，使材料“变脆”，容易发生脆性断裂，不耐冲击。提高韧性的热处理方法包括中碳钢的回火处理和低碳钢的渗碳淬火。

脆性：

材料在受到外力（如拉伸、冲击等）时，只发生很小的变形或断裂的特性。

延展性

物体在外力作用下，能被拉长成细丝而不断裂的性质叫延展性；在外力作用下（锤击或碾压）能被压扁成薄片而不断裂的性质叫延展性。例如金属就具有良好的延展性，其中金、铂、铜、银、钨、铝等都富于延展性。石英、玻璃等非金属材料在高温下也具有一定的延展性。

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