Жесткость и прочность:различия и ключевые факторы, на которые следует обратить внимание

Прочность и жесткость материала являются двумя важными свойствами, которые необходимо учитывать при оценке продукции. Они играют главную роль в определении применения материалов для различных целей. Для некоторых применений требуются продукты, которые должны быть прочными и устойчивыми к изгибу. Такие изделия также должны быть способны распределять нагрузку по необходимой площади.

Часто люди путают эти свойства за одно и то же. Многие люди также путают оба понятия с твердостью материалов. Однако между ними существует ряд различий. Поэтому очень важно понимать эти различия при выборе материала для различных целей.

В этой статье объясняется разница между прочностью и жесткостью и их техническими свойствами. В нем также содержатся советы по созданию идеальных конструкций с использованием жестких и прочных материалов. Давайте погрузимся прямо сейчас!

Жесткость и прочность <сильный>

Жесткость и прочность тесно связаны. Таким образом, они легко путают термины, когда дело доходит до инженерии. Их использование в обычной речи мешает большинству людей понять их различие. Это также затрудняет их соответствующую классификацию. Хотя оба они подразумевают чувство сопротивления, жесткость отличается от силы довольно многими способами.

Что такое сила?

Прочность – это мера нагрузки, которую материал может выдержать без разрушения. Это способность материала выдерживать максимальную нагрузку до того, как он сломается или окончательно деформируется.

Когда материал деформируется, он меняет свою форму в ответ на приложенную силу. Следовательно, под прочностью понимается способность материала воспринимать силу без разрушения.

Это общая мера способности материала выдерживать приложенную к нему нагрузку до достижения точки остаточной деформации. Инженеры часто связывают значение, известное как предел текучести «σy», с прочностью. Это помогает установить разницу между прочностью и жесткостью. Прочность материала определяется его химическим составом и термической обработкой.

Типы прочности

Существуют различные типы и меры прочности, которые необходимо проверять при оценке материалов. Они включают следующее:

Прочность на растяжение

Это максимальное растяжение или вытягивание материала, которое он может выдержать, прежде чем он станет необратимо поврежден. Прочность на растяжение, по сути, является мерой того, насколько материал может сопротивляться. Это полезная точка отсчета того, как детали будут работать в приложениях.

Существует три основных типа прочности на растяжение, в том числе:

• Урожайность. Это точка, в которой материал начинает пластически деформироваться.
• Предельная прочность на растяжение. Это предельное или максимальное напряжение, которому материал может противостоять без разрушения.
• Прочность на разрыв. Это описывает координату прочности на кривой зависимости прочности от деформации в точке разрыва.

Ударная прочность

Ударная вязкость - это мера количества удара или приложенной силы, которую материал может выдержать до деформации. Нагрузка, вызывающая удар, и предел прочности материала выражаются в виде энергии. Таким образом, ударная вязкость измеряет уровень энергии, которую материал может выдержать, прежде чем он деформируется.

Прочность на сжатие

Как следует из названия, прочность на сжатие — это максимальный уровень сжатия или давления, который может выдержать материал. Измеряется с помощью универсальной испытательной машины. Эта машина прикладывает большую нагрузку к материалу.

Сопротивление текучести и предельная прочность

Как следует из названия, предел текучести — это максимальная нагрузка, которую может выдержать материал, прежде чем он начнет поддаваться деформации и необратимо деформироваться. В этот момент материал деформируется при приложении максимальной силы для достижения предела текучести.

С другой стороны, предел прочности при растяжении относится к максимальному количеству напряжения, которое материал может выдержать при растяжении. Предел прочности на растяжение – это максимальное сопротивление материала приложенной силе. Это часто приводит к постоянному удлинению или растяжению материала.

Однако и предел текучести, и предел прочности при растяжении являются показателями способности материала сопротивляться деформации.

Что такое жесткость материала?

Жесткость материала – это мера способности материала возвращаться в свою первоначальную форму после воздействия на него внешней силы. Это относится к способности материала противостоять внешним силам и при этом возвращаться к своей первоначальной форме.

Эти силы включают изгиб, растяжение и другие формы деформации. Его также можно назвать жесткостью материала. Это его способность сопротивляться деформации. Жесткость тесно связана с упругими или гибкими материалами. Чем гибче материал, тем меньше его жесткость.

В общем, жесткость — это общая мера величины отклонения, вызванного нагрузкой на материал. Инженеры часто связывают значение, известное как модуль Юнга «Е», для жесткости.

Знание свойств материалов важно для проектирования вашей детали. Если вам нужны предложения по выбору материала для создания высококачественных деталей, RapidDirect — ваш лучший партнер.

Взаимосвязь между жесткостью и прочностью

Когда дело доходит до жесткости и прочности, легко все спутать. Часто кажется логичным, что если материал жесткий, он достаточно прочен, чтобы выдерживать силу и выдерживать нагрузки, не ломаясь. Однако это не так, поскольку «сильнее» не обязательно означает «жестче».

Прочность материала и его свойства жесткости не связаны напрямую. Это становится очевидным, когда эти материалы с различной жесткостью и прочностными свойствами подвергаются воздействию внешних сил. Свойства жесткого материала могут позволить ему вернуться к своей первоначальной форме после того, как он принял несколько форм, чтобы принять силу.

С другой стороны, прочный материал не меняет своей формы. Он либо сопротивляется силе, либо постоянно деформируется, если сила превышает его предел прочности на растяжение. Это может сбить с толку простую логику, потому что устойчивость к физической деформации является ключевой частью определения как прочности, так и жесткости. Однако материал может легко сломаться, если он имеет низкую прочность. Если у него низкая жесткость, он может отклонять большую нагрузку.

В чем разница между прочностью и жесткостью Материала?

Прочность и жесткость — два физических свойства материала. Одно из основных различий между ними заключается в том, что жесткость — это способность объекта выдерживать нагрузку без разрушения. С другой стороны, прочность — это способность объекта сопротивляться деформации при приложении напряжения.

Прочность измеряет напряжение или силу, приложенную к материалу до того, как он сломается (предел прочности) или необратимо деформируется (предел текучести). Однако жесткость материала определяет, как материал изгибается, сопротивляясь приложенной силе, и возвращается к своей первоначальной форме после прекращения действия силы.

Прочный материал с меньшей жесткостью сломается, если приложенная сила превысит его предел прочности на растяжение. Прочный материал не меняет своей формы. Если приложенная сила превышает его силу, он просто ломается, полностью теряя первоначальную форму.

Однако жесткий материал с меньшей прочностью будет прогибаться. Прогиб помогает ему приспособиться к действующей на него силе. Поэтому он может вернуться к своей первоначальной форме после прекращения действия силы.

Рекомендации по проектированию с учетом прочности и жесткости

Жесткость по сравнению с прочностью представляет собой важную тему для рассмотрения в производстве. Вот четыре рекомендации, которые следует соблюдать до и во время процесса проектирования.

1. Рассчитать ожидаемую нагрузку на каждый материал

Чтобы установить, где могут возникнуть неудачи, вы должны определить ожидаемую силу, которая будет воздействовать на каждый материал. Важно знать, как проверить жесткость материала. Вы можете сделать это, измерив, как предполагаемая конструкция реагирует на различные силы. Чтобы изучить это, вы можете использовать методы инструментирования для прогнозирования поведения модели и анализа полученных данных. Кроме того, вы должны учитывать переменные ползучести и усталости в альтернативных системах, связанных с окружающей средой, которой будет подвергаться материал.

2. Выполнить тесты на ряде материалов перед выбором

Для испытаний на прочность или жесткость при воздействии внешней силы следует использовать материалы с известными механическими свойствами. Такие материалы, как керамика, хрупкие. Они не проявляют никакой деформации перед разрушением. При приложении силы они быстро ломаются и необратимо деформируются. С другой стороны, металлы обладают пластичными и хрупкими свойствами. Если они пластичны, то перед разрушением они проявляют пластическую деформацию. Хрупкие альтернативы становятся необратимо деформированными при приложении силы за пределом их предела текучести

3. Определите важные факторы в начале проектирования

Важно определить факторы и компоненты, которые будут наиболее важны для вашего проекта. К таким факторам могут относиться равномерная и ударная нагрузки, а также постоянные и сосредоточенные нагрузки. Это особенно важно на начальном этапе проектирования при разработке проекта с помощью программного обеспечения САПР. Это поможет вам создать графическое представление этих компонентов с помощью моделирования блок-схем и графиков связей. Поэтому у вас будет намек на требуемую жесткость и прочность.

4. Подтвердите функциональность дизайна перед созданием прототипа

Вы можете проконсультироваться с инженерами, чтобы рассмотреть ваш дизайн. Они помогут вам провести технический анализ вашего проекта и при необходимости предоставить обзоры. Воспользуйтесь преимуществами анализа FEA, чтобы оптимизировать геометрию вашего проекта. Затем перед созданием прототипа убедитесь, что численные результаты синхронизированы.

Заключение

Важно понимать индивидуальную роль прочности и жесткости материала в принятии основополагающих решений. Они являются очень важными факторами в производстве высококачественной продукции. Это связано с тем, что производство зависит от реакции материалов на приложенную силу или нагрузку.

Самый надежный способ понять разницу между прочностью и жесткостью — это работать с надежной компанией. В RapidDirect мы понимаем взаимодействие между различными конструкциями продуктов и материалами. Мы также понимаем, как эти материалы взаимодействуют с землей, а также с нагрузками на оборудование.

Поэтому мы готовы использовать наши знания и опыт, чтобы помочь вам в производстве ваших материалов. RapidDirect поможет вам от выбора и покупки материалов до прототипирования и производства продукции. Мы предлагаем сертификаты материалов, сертификацию ISO 9001:2015 и надежную проверку качества. Все это и многое другое доступно по конкурентоспособной цене.