• 剛度

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    剛度

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    剛度是物體響應施加的力抵抗變形的程度。 是標準力學量。

    互補的概念是靈活性或柔韌性:物體越靈活,它就越不僵硬。

    計算

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    物體的剛度 k , {displaystyle k,} 是彈性體對變形提供的阻力的量度。 對于具有單自由度 (DOF) 的彈性體(例如,桿的拉伸或壓縮),剛度定義為 k = F δ {displaystyle k={frac {F}{ 三角洲}}}在哪里,

    • F {displaystyle F} 是作用在身體上的力
    • δ {displaystyle delta } 是力沿相同自由度產生的位移(例如,拉伸彈簧的長度變化)

    在國際單位制中,剛度通常以牛頓每米 ( N / m {displaystyle N/m} ) 來衡量。 在英制單位中,剛度通常以每英寸磅 (lbs) 為單位進行測量。

    一般來說,彈性體中的無窮小元素(被視為一個點)的偏轉(或運動)可以沿多個自由度(一個點最多六個自由度)發生。 例如,水平梁上的一個點可能會發生垂直位移和相對于其未變形軸的旋轉。 當有 M {displaystyle M} 個自由度時,必須使用 M × M {displaystyle Mtimes M} 矩陣來描述該點的剛度。 矩陣中的對角線項是沿相同自由度的直接相關剛度(或簡稱剛度),非對角線項是兩個不同自由度(在相同或不同點)之間的耦合剛度或 兩個不同點的自由度相同。 在工業中,術語影響系數有時用于指聯軸器剛度。

    請注意,對于具有多個自由度的物體,上述方程式通常不適用,因為所施加的力不僅會產生沿其方向(或自由度)的偏轉,還會產生沿其他方向的偏轉。

    對于具有多個 DOF 的物體,要計算特定的直接相關剛度(對角線項),相應的 DOF 是自由的,而其余的應該受到約束。 在這種情況下,上式可以得到與無約束自由度直接相關的剛度。 反作用力(或力矩)與產生的撓度之間的比率是耦合剛度。

    彈性張量描述了所有可能的拉伸和剪切參數,由彈性張量給出。

    合規性

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    剛度的倒數是柔韌性或順應性,通常以米/牛頓為單位測量。 在流變學中,它可以定義為應變與應力之比,因此取應力倒數的單位,例如 1/Pa。

    旋轉剛度

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    物體也可能具有旋轉剛度 k , {displaystyle k,} 由 k = M θ {displaystyle k={frac {M}{theta }}} 給出,其中

    • M {displaystyle M} 是應用力矩
    • θ {displaystyle theta } 是旋轉

    在 SI 系統中,旋轉剛度通常以牛頓米每弧度來衡量。

    在 SAE 系統中,旋轉剛度通常以每度英寸磅為單位進行測量。

    進一步的剛度測量是在類似的基礎上得出的,包括:

    • 剪切剛度 - 施加的剪切力與剪切變形的比率
    • 扭轉剛度 - 施加的扭矩與扭轉角的比率

    與彈性的關系

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    材料彈性模量與由該材料制成的部件的剛度不同。 彈性模量是構成材料的一種特性; 剛度是結構或結構組件的屬性,因此它取決于描述該組件的各種物理尺寸。 也就是說,模量是材料的強度特性; 另一方面,剛度是固體的廣泛屬性,它取決于材料及其形狀和邊界條件。 例如,對于受拉或受壓的元素,軸向剛度為 k = E ? A L {displaystyle k=Ecdot {frac {A}{L}}} 其中

    剛度

    • E {displaystyle E} 是(拉伸)彈性模量(或楊氏模量),
    • A {displaystyle A} 是橫截面積,
    • L {displaystyle L} 是元素的長度。

    類似地,直線部分的扭轉剛度為 k = G ? J L {displaystyle k=Gcdot {frac {J}{L}}} 其中

    • G {displaystyle G} 為材料的剛性模量,
    • J {displaystyle J} 是截面的扭轉常數。

    請注意,扭轉剛度的尺寸為 [force] * [length] / [angle],因此其 SI 單位為 N*m/rad。

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    詞條目錄
    1. 剛度
    2. 計算
    3. 合規性
    4. 旋轉剛度
    5. 與彈性的關系

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