Прочность и жесткость: в чем разница?

Прочность и жесткость диктуют инженеру-проектировщику квалификацию «Проектирование материалов», «Проектирование конструкций», «Функциональное проектирование» и «Динамическое проектирование» с применением условий проектирования, окружающей среды, функций и эксплуатации, чтобы работа могла выполнять свою работу в течение всего срока службы. Но для выбора подходящего материала очень важно подобрать оптимальные параметры по стоимости и функциональным характеристикам, ведь работу с такой дорогой стоимостью выполнить невозможно.

Что такое жесткость

Это свойство материала сопротивляться деформации при приложении силы и оставаться в области нижнего предела текучести, так что малейшая деформация также может вернуться к своей первоначальной форме без изменения размеров исходного материала. Прочность материала также является мерой того же свойства, поскольку она также может сказать проектировщику, что этот материал имеет высокий модуль упругости или жесткость с прямой кривой кривой напряжения-деформации. Таким образом, вам необходимо различными способами проверить, какой метод важен для ваших требований к проектированию, чтобы тот же метод мог иметь результаты для проектирования.

Для получения дополнительной информации посетите следующие ссылки на YouTube:

Единицы жесткости

Единицами жесткости являются Н/м или сила на единицу линейного размера, когда она занижена внешним фактором растяжения или сжатия, его числовое значение получается на дисплее испытательной машины, а размеры единицы - из теоретического уравнения. Таким образом, вам нужно найти только результат расчета жесткости либо на основе жесткости испытания на растяжение, либо путем расчета жесткости на кручение, поскольку только числовое значение мощности машины является основным результатом этого испытания.

Уравнение жесткости

Жесткость и прочность также имеют отношение к способам определения числового значения, поскольку их фоновые явления полностью отличаются друг от друга, поэтому результат испытательной машины и уравнения также имеют разницу между ними.

Уравнение жесткости:

F= Kx F = Сила K= Константа жесткости X= Деформация Жесткость становится ее внутренним свойством, когда производство материала завершается, поскольку теперь значение жесткости является постоянным в течение оставшегося срока службы.

Жесткий материал

Жесткость материала дает представление о том, как этот материал будет вести себя при воздействии на него силы или внешней инерционной нагрузки. Материалы с высоким модулем молодости, например, высокопрочная сталь, алмаз, высокоуглеродистая поверхностная сталь и т. д., имеют высокую жесткость благодаря прочности на разрыв и устойчивости к вдавливанию. Таким образом, очевидно, что твердость, прочность и меньшая деформация являются результатом использования одних и тех же материалов в полевых условиях благодаря их структурной целостности.

Жесткость материала

Это свойство говорит о поведении материала при нагрузке: всякий раз, когда на него действует сила, он может выдержать это напряжение и деформироваться, чтобы создать равновесие в поведении, чтобы продемонстрировать твердость и вязкость. Его предел прочности является основным показателем этого свойства, поскольку он показывает, как он будет проявлять деформацию при рабочей силе. Прочность на сжатие также имеет к этому отношение, поскольку она может вести себя так же, как и прочность на растяжение при низкой деформации против большой силы на стороне сжатия.

Что такое жесткость в технике?

Для проектировщика очень важно понимать, какой материал будет подвергаться большой деформации при номинальной величине силы, поскольку поведение при большой деформации не требуется для любого проектировщика конструкции в оборудовании класса безопасности. Поведение вязкости имеет очень важный аспект этого свойства, потому что, если материал имеет высокое значение прочности, его жесткость будет снижаться.

Что такое сила

Всякий раз, когда на испытательной машине выдаются данные графика напряжения-деформации материалов, существует точка, в которой прочность материала или прочность на растяжение имеют значение. Это значение связано с прочностью на изгиб, характеристиками демпфирования и структурной целостностью материала, поскольку все они имеют прямую связь друг с другом в косвенной форме. В противном случае отчет только о прочности на растяжение может дать представление о прочности материала, жесткости материала и прочности на изгиб.

Единицы силы

Его измерение измеряется в Паскалях или Н/м2, поскольку это реакция материала на приложение силы, поэтому результатом является прочность на растяжение, прочность на сжатие или любая другая форма того же параметра. Высокопрочная и низколегированная сталь может иметь прочность около 1200 МПа из-за легирующих добавок, термической обработки, мартенситной структуры и содержания в ней углерода. Таким образом, высокие значения Паскаля имеют очень распространенную форму Мега Паскаля из-за большого числового значения, поскольку, если в каждом материале имеется от семи до десяти цифр прочности, то их трудно записать в форме отчета.

Разница между прочностью и жесткостью

При выборе инженерных материалов необходимо описать множество аспектов прочности и жесткости, поскольку большинство материалов имеют эти два свойства при моделировании конструкции и критериях приемки из-за ударной вязкости, прочности материала, механических преимуществ, твердости, ударной вязкости и расчета жесткости. Таблица № 1 содержит описание прочности и жесткости во многих аспектах.

Прочность Жесткость Это устойчивость к силе, приводящая к окончательному разрушению материала. Это сопротивление жесткости материалов. Это поведение материала без его разрушения. Это поведение материала без деформации. Это связано с физическим сбоем в конструкции. Это связано с функциональным сбоем в дизайне. Он может быть эластичным и хрупким. Это только для эластичных. Таблица.№1. Прочность против жесткости.

График прочности и жесткости

Напряжение-деформация представляет собой графическое представление графика прочности и жесткости, поскольку оно показывает, как материал разрушается при высоком напряжении или каково значение его жесткости на основе наклона того же графика. На рисунке № 1 показано поведение зависимости прочности от жесткости и предел прочности на разрыв.

Рисунок №1. График напряжения-деформации.

Поведение под нагрузкой

На рисунке № 1 показано, что всякий раз, когда сила воздействует на работу, она получает пластическую деформацию, которая является изменением поведения материала, таким образом, поведение материала связано с графиком напряжения-деформации. До предела текучести в материале не происходит постоянных изменений, поскольку его атомы просто уходят без проскальзывания. Но после достижения предела текучести они действительно проскальзывают за счет смещения, поэтому можно сказать, что они сломаются в точке предельного растягивающего напряжения.

Роль в выборе материала

Прочность и жесткость являются очень важным фактором при выборе материала, поскольку важными факторами являются состав материала, характеристики демпфирования, энергоэффективность, механические преимущества, расчет жесткости на кручение и прочность. Высокопрочный материал требует конструкции с высоким значением напряжения в нем, но если критерии приемки также связаны с деформацией, то это еще один аспект, который следует учитывать. Таким образом, жесткость играет важную роль в этом случае, поскольку это свойство в процессе выбора материала, которое может контролировать деформацию материала/структуры при применении, не вызывая катастрофических разрушений в полевых условиях.

На рисунке №2 представлена ​​таблица выбора материалов.

Пример приложения прочности

Это свойство позволяет проектировщику оценивать материал по различным показателям прочности на изгиб, прочности на кручение, предела текучести и предела прочности на разрыв, поскольку в каждом режиме разрушения прочность имеет свое значение. Обычно, если вы выбираете конструкционный материал, он может противостоять отказам с хорошей прочностью. Как и ASTM A 36, это конструкционная сталь, имеющая предел текучести 250 МПа и предел прочности 485 МПа.

В табл.№2 представлена ​​прочность различных материалов.

Пример применения жесткости

Это связано с критериями деформации при выборе материала проектировщиком, например, чугун демонстрирует меньшую деформацию при приложении нагрузки, поэтому все станки фундамента, обрабатываемые на станках с ЧПУ, изготовлены из чугуна, что снижает вибрацию и деформацию в процессе обработки. То же самое и с мостовым краном в мастерских, поскольку и там деформация противоречит требованиям безопасности без учета приемлемой прочности или разрушения, поскольку обжатие в крановом мосту не является безопасным для пользователя.

Методы измерения

Измерение прочности имеет разные способы, но самым известным из них является предел текучести для процесса проектирования, поскольку этот пункт говорит вам, чтобы вы не допускали большого количества напряжений в конструкции, чтобы оставаться в диапазоне упругости. Вот почему во всех критериях приемки используется уравнение, не зависящее от предела текучести, чтобы материал не подвергался остаточной пластической деформации при применении, чтобы избежать его деформационного упрочнения. Для жесткости модуль Юнга является показателем или наклоном диапазона упругости графика «Напряжение-деформация», который также может подсказать вам, как найти правильное поведение материала всякий раз, когда он находится под действием силы или нагрузки.

Прочность: Испытание на растяжение

Область под графиком «Напряжение-деформация» указывает на вязкость материала, поскольку во всей его области материал поглощает внешнюю нагрузку без окончательного разрушения. Таким образом, в реальной форме необходимо продемонстрировать поглощающую способность материала без окончательного разрушения, и такое же представление является целью процедуры испытания на удар по Шарпи. Испытания на сжатие:

Как дизайнер, вы можете подумать о том, как ваш материал ведет себя в различных режимах применения, поскольку растяжение и сжатие являются доминирующими явлениями в режиме инженерного применения. Допустим, сжатие присутствует всегда, даже если оно предназначено для случая растяжения, например, движущийся поршень двигателя не испытывает напряжения во всех случаях, поскольку сжатие также присутствует в половине его циклов. Таким образом, испытание на сжатие также является основным требованием для определения прочности материала даже в режиме растяжения.

Испытания на сдвиг:

Это говорит вам о том, какая сила или сила будет резать материал в плоскостях сдвига, не переходя в режим растяжения или сжатия, поскольку он примерно перпендикулярен этому режиму. Допустим, ножницы разрезают материал, прикладывая меньшую силу по сравнению с режимом растяжения и сжатия. Можно сказать, что это примерно в 0.4 раза больше напряжения или сжатия. На рисунке №3 показан самый тонкий образец.

Рисунок №3. Тест на сдвиг.

Жесткость: анализ напряжения-деформации

Этот анализ может дать наклон графика, чтобы указать, какой наклон в нем присутствует, потому что этот наклон дает объяснение, говорящее вам, что такая большая деформация присутствует в конструкции с такой большой силой.

Измерение модуля

Это измерение наклона графика зависимости напряжения от деформации, позволяющее найти значение в форме модуля Юнга или модуля упругости. Он показывает, какая деформация является результатом поведения материала под напряжением. Это значение очень важно для вашего анализа конструкции, поскольку все остальные факторы уже присутствуют в нем, например, Ansys принимает измерение модуля и соотношение позиций для описания всего материала в форме статической нагрузки.

Процесс проектирования прочности и жесткости деталей: 7 ключевых факторов

Прочность и жесткость — очень важный инструмент проектировщика для любого процесса выбора материала, поскольку поведение конструкции на протяжении всего срока службы зависит от процесса выбора материала. Таким образом, если вы моделируете какой-либо материал, найдите значение модуля Юнга и предела текучести материала, чтобы установить связь между прочностью и жесткостью при проектировании путем анализа.

Чтобы получить расчет прочности и жесткости, 3D-печать уменьшенной модели и проверку результатов, нажмите на эту ссылку.

Определить требования

В процессе проектирования всегда учитывается нагрузка или силовое воздействие на материал и сочетание нагрузок «Сила + сейсмические условия», «Сила + ветровая нагрузка» и «Сила + коррозия», чтобы найти сценарий условий эксплуатации в реальном времени.

Концептуальный дизайн

Форма, размер и расположение сборки также могут влиять на совокупность факторов, определяющих поведение прочности и жесткости в конструкции, а также нахождение правильного материала при выборе оптимальной методологии проектирования. Например, в концептуальном проекте важным аспектом, который следует учитывать в концептуальном проекте, является энергоэффективность рамы солнечной панели, а не коэффициент прочности и жесткости.

Чтобы просмотреть руководство по выбору материалов и его расценки, нажмите на эту ссылку.

Испытания материалов

Машина UTM может проводить испытания для определения соотношения прочности и жесткости материала и формировать выходные данные в виде предела прочности, предела текучести, % удлинения, модуля упругости, плотности и сопротивления усталости с коэффициентом ползучести. Таким образом, расчетный коэффициент прочности и жесткости может принять решение относительно этих факторов и окончательного применения материала без каких-либо ссылок на теоретические диаграммы и таблицы.

Итеративный дизайн

Это концепция проектирования прочности и жесткости путем постоянного изменения материала на основании отзывов клиентов/пользователей, например, если проектировщик выбрал материал ASTM A 36, но люди жалуются на большую деформацию во время эксплуатации, тогда проектировщику следует подумать об изменении материала с высокой жесткостью. материал в следующем варианте изделия. 5.Прототипирование и тестирование:
Физическая проверка продукта также необходима для проверки критериев прочности и жесткости продукта, поскольку анализ в процессе проектирования не может предсказать фактическое поведение продукта в реальном времени.

Проверка моделирования

Хотя решение о прочности и жесткости не принимается только на основе результатов проверки моделирования, существует процесс поддержки тестирования и проверки прототипа для проверки результирующих параметров.

Непрерывные инновации

Обратная связь от проверки моделирования, итеративного проектирования и тестирования прототипа позволяет объединить усилия для разработки усовершенствованного варианта любой конструкции или продукта, чтобы конечный продукт мог поддерживать рабочее состояние полезным образом.

Почему стоит выбрать Tuofa для проектирования и производства деталей

Когда вы решаете разработать новый продукт или специальные части существующей модели, необходимо учитывать множество факторов для разработки методологии проектирования, производственного процесса, последовательности испытаний и критериев квалификации, поскольку разработка нового продукта — это многоэтапное явление. Таким образом, экспертная группа или организация играет важную роль во всем этом процессе: Tuofa China, имеющая сертификат ISO 9001), имеет опытную команду дизайнеров и инженеров-технологов, которая четко доносит наши потребности в инженерной продукции с критериями прочности и жесткости. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, посетите Веб-сайт Tuofa в Китае.

Часто задаваемые вопросы о прочности и жесткости

Каково оптимальное значение жесткости конструкции мостового крана?

Его оптимальная жесткость должна быть настолько велика, чтобы в условиях полной нагрузки он не деформировался до видимой на глаз величины. Потому что, если в нем присутствует какая-то видимая деформация, это вызовет панику у людей или персонала, работающих на уровне пола и использующих его для переноски груза из одного места в другое.

Как проверить дизайн?

Используйте методы тестирования поротипа, а затем сравните результаты с анализом моделирования с одинаковыми условиями эксплуатации, материалом, силами нагрузки и результирующими параметрами, это дает подтверждение вашего дизайна и концептуального чертежа для массового производства.

Всегда ли нужен материал высокой прочности?

Нет, другие свойства материала, которые имеют отношение к прочности и жесткости, действительно влияют на выбор конкретного материала: это ударная вязкость, модуль Юнга, усталостная устойчивость, свойства разрушения под напряжением и результаты термического старения.