力学基本概念-【强度、刚度、稳定性】

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本文摘要：（由ai生成）

在工程结构设计中，强度、刚度和稳定性是三大核心要素。强度关注的是材料或构件在荷载下抵抗破坏的能力，而结构强度则是整个系统在荷载下的稳定性与完整性。刚度衡量的是材料或构件抵抗变形的能力，对保持结构功能至关重要。稳定性则侧重于构件或结构在荷载下保持平衡状态的能力，避免倾覆或显著变形。在设计中，需综合考虑这些要素，根据材料特性与结构受力情况确定结构强度，确保结构的安全与稳定。

工程结构的设计中，要保证结构满足使用要求，通常会考虑以下三个方面，即强度、刚度、稳定性。

强度

强度是指材料或构件在荷载作用下抵抗破坏的能力。它反映了材料在受力时抵抗断裂或变形的能力。强度又分为材料强度与结构强度。

材料强度：材料强度是指材料本身所具有的抵抗外部荷载引起破坏的能力。材料的强度通常通过拉伸强度、压缩强度、屈服强度、剪切强度等参数来描述。不同材料具有不同的强度特性，比如钢材的强度通常比木材高，混凝土的强度也与钢材有所不同。

结构强度：结构强度是指整个结构系统在承受外部荷载时保持稳定性和完整性的能力。结构强度考虑了结构中各个组成部分的相互作用以及整体结构的受力情况，同时还考虑了荷载的分布、结构的几何形状等因素。结构强度是综合考虑了材料性能、结构形式、荷载情况等多种因素的结果。

在工程设计中，通常需要根据材料的强度特性和结构的受力情况来确定最终的结构强度，以确保结构在使用过程中具有足够的安全性和稳定性。因此，材料强度和结构强度是工程设计中需要综合考虑的两个重要方面。

试件塑性断裂（左）与脆性断裂（右）

工程设计中，强度问题是考虑得最多的。例如：汽车设计中，强度设计主要是考虑零件会不会断裂、会不会撞坏这类问题；压力容器运行中因超压发生破裂等等。

汽车碰撞导致强度失效

压力容器超压破裂

刚度

刚度是指材料或构件在荷载作用下抵抗变形的能力。它与构件的尺寸、截面积、体积以及组成材料的弹性模量有关。刚度大的构件在受力时不易发生变形，而刚度小的构件则容易发生变形。

有时候，我们的结构并没有发生强度破坏，但是变形超过了一定的限制，导致结构丧失了其功能，例如：法兰刚度太小发生变形导致泄漏、桥梁挠度过大；当机床零部件，如果受到加工负载或操作力矩的作用导致零部件变形，使得其刚度不足以确保精确加工或正常运行；汽车车身刚度不够，车身会出现扭曲和变形，悬架系统零部件如弹簧、减震器等的过度磨损，车辆操控性、舒适性等下降。