强度计算.基本概念：塑性：塑性加工过程的优化与创新.pdfVIP

强度计算.基本概念：塑性：塑性加工过程的优化与创新

1强度计算概述

1.1强度计算的基本原理

强度计算是工程设计中不可或缺的一部分，它主要关注结构或材料在各种

载荷作用下抵抗破坏的能力。在进行强度计算时，工程师需要考虑材料的力学

性能，如弹性模量、屈服强度、抗拉强度等，以及结构的几何形状和载荷分布。

计算的基本原理通常基于材料力学和结构力学的理论，通过分析应力、应变和

位移来评估结构的安全性和稳定性。

1.1.1材料力学性能

弹性模量(E)：表示材料在弹性阶段抵抗变形的能力。

屈服强度(σy)：材料开始发生塑性变形的应力点。

抗拉强度(σu)：材料能够承受的最大应力。

1.1.2应力分析

应力分析是强度计算的核心，它包括：

正应力(σ)：垂直于截面的应力。

剪应力(τ)：平行于截面的应力。

主应力(σ1,σ2,σ3)：在任意点上，三个相互垂直的方向上的最大、

中间和最小应力。

1.1.3应变分析

应变是材料在应力作用下发生的变形程度，分为：

线应变(ε)：长度变化与原长的比值。

剪应变(γ)：角度变化的量度。

1.1.4位移分析

位移分析关注结构中各点的位置变化，是评估结构稳定性的关键。

1.2塑性在强度计算中的作用

塑性是指材料在超过其屈服点后能够发生永久变形而不立即断裂的特性。

在强度计算中，塑性理论的应用主要体现在塑性设计和塑性分析中，它允许结

构在一定程度上发生塑性变形，从而提高材料的利用率和结构的经济性。

1

1.2.1塑性设计

塑性设计是一种允许结构在某些部位发生塑性变形的设计方法，通常用于

钢结构设计中。这种方法基于材料的塑性性能，通过控制结构的变形，使其在

极限状态下仍能保持一定的承载能力。

1.2.2塑性分析

塑性分析是在结构设计中评估结构在塑性阶段的性能。它包括：

塑性铰：结构中发生塑性变形的部位，可以视为铰接点。

塑性极限分析：确定结构在塑性阶段的极限承载能力。

1.2.3示例：塑性铰的计算

假设我们有一个简单的钢结构梁，材料为Q235钢，屈服强度为235MPa。

梁的截面为矩形，尺寸为200mmx400mm，长度为6m，承受均布载荷

q=10kN/m。我们可以通过塑性铰的概念来计算梁的极限承载能力。

#导入必要的库

importmath

#定义材料和结构参数

yield_strength=235e6#屈服强度，单位：Pa

width=200e-3#截面宽度，单位：m

height=400e-3#截面高度，单位：m

length=6#梁的长度，单位：m

load=10e3#均布载荷，单位：N/m

#计算截面的惯性矩

I=(width*height**3)/12

#计算塑性铰的转动能力

plastic_moment=(yield_strength*I)/height

#计算梁的极限承载能力

limit_load=(2*plastic_moment)/(length*height)

#输出结果

print(f塑性铰的极限承载能力为：{limit_load:.2f}kN/m)

这段代码首先定义了材料和结构的参数，然后计算了截面的惯性矩，这是

评估结构刚度的重要参数。接着，通过塑性铰的概念，计算了梁在塑性阶段的

极限承载能力。这个例子展示了如何在强度计算中应用塑性理论，通过控制塑

性变形来优化结构设计。

2

1.2.4结论

塑性在强度计算中的应用，不仅能够提高结构的安全性和经济性，还能为

工程师提供更灵活的设计选择。通过合理利用材料的塑性性能，可以设计出更

加高效和经济的结构。然而，塑性设计和分析需要精确的材料性能数据和复杂

的计算方法，因此，工程师在应用塑性理论时，必须具备扎实的理论基础和丰

富的实践经验。

2塑性加工基础

2.1塑性变形的类型

在塑性加工中，材料通过塑性变形来改变其形状、尺寸