强度

• 表示材料或结构抵抗屈服甚至断裂的能力
• 对应的有限元分析结果为应力

刚度

• 表示材料或者结构在受力时抵抗变形的能力
• 对应有限元分析结果为位移

金属材料

• 机械工程材料主要以金属为主

塑性材料

• 具有较大的拉伸应变
• 一般塑性材料的拉伸实验，其变化过程主要为：
  1. 弹性阶段（OA）
  2. 屈服阶段（AB）
  3. 强化阶段（BC）
  4. 断裂阶段（CD）
• 部分材料没有明显的四个阶段
• 对于没有明显屈服强度的塑性材料，以塑性应变0.2%时对应的应力强度作为屈服强度（如B点，也称为条件屈服）

脆性材料

• 无明显屈服强度概念
• 使用材料的抗拉强度作为屈服判定标准

弹性模量

• 是描述物质弹性性能的一系列物理量的统称，用于衡量材料抵抗弹性变形的能力，值越大，材料越不容易变形

• 材料在弹性阶段，其应力与应变成正比关系

杨氏模量

• 最常用的弹性模量概念之一

• 用“E”表示

• 材料在弹性阶段，多数金属材料的应力和应变成正比（即符合胡克定律），其纵向比例系数称为杨氏模量

• 一般通过拉伸试验获取，solidworks simultaion的材料属性中弹性模量一栏就是杨氏模量（OA段斜率）

泊松比

• 材料在单项受拉或受压时，横向正应变和轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数

• 用“ν”表示

• 是反映材料横向变形的弹性常数

• 金属材料：一般情况下为0.28~0.3，特殊材料可到0.33

• 超弹性材料：0.49

• 泊松比的输入差异在0.1~0.2时对结果影响不大

剪切模量

• 最常用的弹性模量概念之一
• 用“G”表示
• 是剪切应力与应变的比值，表征材料抵抗切向变形的能力

三者关系

• 杨氏模量、泊松比、剪切模量三者关系：

各向同性/各向异性

• 各个方向的物理性质相同，物理性质与方向无关为各向同性

• 物理性质和方向密切相关，不同方向的测量结果不同，为各向异性

• 一般情况性在金属结构的力学问题中为降低计算难度将材料假设为各向同性

位移

• 也称变形
• 有X、Y、Z三种单向位移以及合位移

应力

• 物体由于外部因素（受力、湿度、温度场变化等）而产生·变形，在物体各部分之间产生相互作用的内力，单位面积上的内力称为应力
• 产品设计中的结构强度指的就是应力，也可称为应力强度

• 分别由三个拉应力和留个剪应力组成

屈服强度

• 金属材料发生屈服现象时的屈服极限，也就是抵抗微量塑性变形的应力

  

• AB段的最大值为上屈服点，最小值为下屈服点

• 材料进入屈服阶段，性能便开始下降

• 安全起见，一般会将A点所在位置作为屈服点的数值进行输入

• 为确保安全性工程人员通常把屈服强度作为安全系数的判定准则

• 屈服强度是一类统称，拉伸、剪切都有屈服强度

许用应力

• 机械工程或工程结构设计零件或构件材质允许的最大应力值
• 在某些场合与失效强度等同
• 由企业或者行业决定，可能会发生变化

抗拉强度

• 金属由均匀塑性变形想局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力

• 在一般塑性材料的拉伸实验曲线图中的C点位置

• 拉伸强度基本上意味着材料之后的力学性能将逐步下降并最终断裂

抗剪强度

• 又称剪切强度，是材料剪断时产生的极限强度，反映材料抵抗剪切滑动的最大承载能力

失效强度

• 工程结构与设备以及它们的构件和零部件到达一定强度后丧失其正常工作的能力。该强度称为失效强度
• 失效强度是一系列强度的统称
• 在不同屈服准则下失效强度均有不同
  1. 承受抗剪为主结构中，失效强度可能是抗剪强度
  2. 脆性材料的失效强度可能是拉伸强度
  3. 塑性材料的失效强度可能是屈服强度
  4. 在某些工程领域中，失效强度也可能时许用应力

主要应力

• 最大拉应力：第一主应力P1
• 第二主应力P2
• 最大压应力：第三主应力P3
• 最大剪应力（τ_max）：应力强度P1-P3的1/2

安全系数

• 安全系数是工程结构设计方法中用于反映结构安全程度的系数

• 安全系数和应力强度关系：

  $$最小安全系数 = 材料失效强度 / 结构最大应力 ≥ 产品设计要求的安全系数$$
  • 一般情况下，材料的失效强度为材料的屈服强度

屈服准则

最大von Mises应力

• 冯 · 米赛斯（von Mises）于19113年提出的屈服准则

• 认为形状改变比能是引起材料屈服的主要因素

• 无论是什么应力，只要构件内的一点处的形状改变比能达到材料的屈服极限，材料就要发生屈服

  $$von Mises应力 = \sqrt{[(σ1 - σ2)^2 + (σ2 - σ3)^2 + (σ3 - σ1)^2] / 2}$$

最大抗剪应力（Tresca）

• 认为引起材料失效的因素是最大剪应力

Mohr-Coulomb应力

• 一般用于岩土等建筑材料

最大法向应力

• 认为引起材料失效的因素是最大法向应力，即为最大拉应力（第一主要应力P1）

• 利用该准则判定结构的安全条件为：

  $$结构最大应力P1 ≤ 材料屈服强度 / 最小安全系数$$