在實際應(yīng)用中，經(jīng)常會遇到零件的剛性要求，通俗來說就是指在某些條件下，材料不能被破壞，或者最大變形不能超過某個值。那從技術(shù)指標上看，是用哪些量來衡量？如何利用這些量來判定的呢？

性能判定的概念

首先，在專業(yè)參考書上，對性能判定作了以下定義。為了保證工程結(jié)構(gòu)的正常工作，一般需要滿足以下要求：

· 強度要求：在規(guī)定載荷作用下的構(gòu)件不應(yīng)破壞；

· 剛度要求：構(gòu)件應(yīng)有足夠抵抗變形的能力；

· 穩(wěn)定性要求：構(gòu)件應(yīng)有足夠保持原有平衡形態(tài)的能力。

其中，變形的基本形式包括拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲等。

材料力學性能

根據(jù)變形形式的不同，材料的力學性能也不同。以下以拉伸力學性能為例。

上圖為一般拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線，通常可以通過拉伸測試得到。那么從應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，可以獲取哪些信息呢？

首先，材料拉伸可以分為4個階段：即彈性階段--屈服階段--強化階段--局部變形階段。圖中ob 為彈性階段，此階段遵循胡克定律，即

其中，E 為拉伸彈性模量（或楊氏模量），b 點的應(yīng)力為彈性極限；bc 段為屈服階段，此階段失去了抵抗變形的能力，c 點的應(yīng)力為屈服極限；ce 段為強化階段，此階段恢復了抵抗變形的能力，最高點e 點的應(yīng)力為強度極限；ef 段為局部變形階段，此階段橫向尺寸會突然急劇減小，直至斷裂。

當然，不是所有的材料都有明顯的4個階段，例如有些脆性材料的屈服階段、強化階段會很小。所以，對于未知材料需要通過測試來獲取這些參數(shù)，從而加深對材料的認識。

性能判定原理

在工程實際中，脆性材料在受到一定的力時，變形很小就會斷裂；而塑性材料，在斷裂前還會出現(xiàn)明顯的塑性變形，這些現(xiàn)象都稱之為失效。運用CAE進行強度分析，就是判斷零件在一定的測試條件下是否會失效。

通過以上內(nèi)容，我們得知脆性材料斷裂時的應(yīng)力為強度極限σb，塑性材料屈服的應(yīng)力為屈服極限σs，這兩個參數(shù)為構(gòu)件失效時的極限應(yīng)力。在工程中會根據(jù)材料的不同，考慮不同的安全因數(shù)。極限應(yīng)力與安全因數(shù)的比值為許用應(yīng)力[σ]。為了保證構(gòu)件能正常工作，其工作應(yīng)力σ 必須小于許用應(yīng)力[σ]。

對于脆性材料：

對于塑性材料：

彎曲變形 

實際應(yīng)用中，彎曲變形量是經(jīng)常需要考察的指標。以下介紹如何運用公式快速計算出：等截面梁結(jié)構(gòu)在不同截面形狀、不同支撐條件下的最大彎曲變形。

在材料力學中，通俗上所說的彎曲變形又稱撓度，定義為在受力或非均勻溫度變化時，桿件軸線在垂直于軸線方向的線位移，或板殼中面在垂直于中面方向的線位移，其英文為Deflection。

對于長度為l 的懸臂梁，在自由端施加力F，其最大撓度為：

其中，EI 為梁的抗彎剛度，E 為材料的彈性模量，I 為截面慣性矩，與截面形狀有關(guān)。

從上式可以得出：若要減小最大撓度，可以減小力F，或減小梁的長度l，或增加材料的彈性模量E，或增加截面慣性矩I。