在實際應用中，經常會遇到零件的剛性要求，通俗來說就是指在某些條件下，材料不能被破壞，或者最大變形不能超過某個值。那從技術指标上看，是用哪些量來衡量？如何利用這些量來判定的呢？

1.性能判定的概念

首先，在專業參考書[1]上，對性能判定作了以下定義。為了保證工程結構的正常工作，一般需要滿足以下要求：

• 強度要求：在規定載荷作用下的構件不應破壞；
• 剛度要求：構件應有足夠抵抗變形的能力；
• 穩定性要求：構件應有足夠保持原有平衡形态的能力。

其中，變形的基本形式包括拉伸、壓縮、剪切、扭轉和彎曲等。

2.材料力學性能

根據變形形式的不同，材料的力學性能也不同。以下以拉伸力學性能為例。

上圖為一般拉伸應力-應變曲線，通常可以通過拉伸測試得到。那麼從應力-應變曲線中，可以獲取哪些信息呢？

首先，材料拉伸可以分為4個階段：即彈性階段--屈服階段--強化階段--局部變形階段。圖中ob 為彈性階段，此階段遵循胡克定律，即

其中，E 為拉伸彈性模量（或楊氏模量），b 點的應力為彈性極限；bc 段為屈服階段，此階段失去了抵抗變形的能力，c 點的應力為屈服極限；ce 段為強化階段，此階段恢複了抵抗變形的能力，最高點e 點的應力為強度極限；ef 段為局部變形階段，此階段橫向尺寸會突然急劇減小，直至斷裂。

當然，不是所有的材料都有明顯的4個階段，例如有些脆性材料的屈服階段、強化階段會很小。所以，對于未知材料需要通過測試來獲取這些參數，從而加深對材料的認識。

3.性能判定原理

在工程實際中，脆性材料在受到一定的力時，變形很小就會斷裂；而塑性材料，在斷裂前還會出現明顯的塑性變形，這些現象都稱之為失效。運用CAE進行強度分析，就是判斷零件在一定的測試條件下是否會失效。

通過以上内容，我們得知脆性材料斷裂時的應力為強度極限σb，塑性材料屈服的應力為屈服極限σs，這兩個參數為構件失效時的極限應力。在工程中會根據材料的不同，考慮不同的安全因數。極限應力與安全因數的比值為許用應力[σ]。為了保證構件能正常工作，其工作應力σ 必須小于許用應力[σ]。

對于脆性材料：

對于塑性材料：

以下為某項目頂蓬局部應力計算結果，已知此材料的屈服強度為7.5MPa，判斷所顯示區域是否有失效風險。

當安全因數為1.5時，此材料的許用應力為5MPa。從圖中可知，橙色和紅色部分的應力大于5MPa。可以判定，這些區域有失效風險。

4.彎曲變形

實際應用中，彎曲變形量是經常需要考察的指标。以下介紹如何運用公式快速計算出：等截面梁結構在不同截面形狀、不同支撐條件下的最大彎曲變形。　

在材料力學中，通俗上所說的彎曲變形又稱撓度，定義為在受力或非均勻溫度變化時，杆件軸線在垂直于軸線方向的線位移，或闆殼中面在垂直于中面方向的線位移，其英文為Deflection。運用疊加法可以推導出梁在簡單載荷作用（包括懸臂、簡支等）下的變形，下圖列出了部分公式[1]：

表1 梁在簡單載荷作用下的變形

以上表中的2号結構為例，對于長度為l 的懸臂梁，在自由端施加力F，其最大撓度為：

其中，EI 為梁的抗彎剛度，E 為材料的彈性模量，I 為截面慣性矩，與截面形狀有關。

從上式可以得出：若要減小最大撓度，可以減小力F，或減小梁的長度l，或增加材料的彈性模量E，或增加截面慣性矩I

5.截面慣性矩I

截面慣性矩指，截面各微元面積與各微元至截面上某一指定軸線距離二次方乘積的積分。截面慣性矩是衡量截面抗彎能力的一個幾何參數，典型形狀（例如矩形、三角形、圓形、圓環、工字、T字等）的截面慣性矩均有公式可以查閱。

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