基本介紹
- 中文名：剛度
- 外文名：Stiffness
- 類型：概念
- 類別：物理名詞
- 解釋：受力時抵抗彈性變形的能力
基本信息,結構剛度,計算公式,轉動剛度,彈性模量,
基本信息
剛度是使物體產生單位變形所需的外力值。剛度與物體的材料性質、幾何形狀、邊界支持情況以及外力作用形式有關。材料的彈性模量和剪下模量（見材料的力學性能）越大，則剛度越大。細桿和薄板在受側向外力作用時剛度很小，但細桿和薄板如果組合得當，邊界支持合理，使桿只承受軸向力，板只承受平面內的力，則它們也能具有較大的剛度。
在自然界，動物和植物都需要有足夠的剛度以維持其外形。在工程上，有些機械、橋樑、建築物、飛行器和艦船就因為結構剛度不夠而出現失穩，或在流場中發生顫振等災難性事故。因此在設計中，必須按規範要求確保結構有足夠的剛度。但對剛度的要求不是絕對的，例如，彈簧秤中彈簧的剛度就取決於被稱物體的重量範圍，而纜繩則要求在保證足夠強度的基礎上適當減小剛度。
研究剛度的重要意義還在於，通過分析物體各部分的剛度，可以確定物體內部的應力和應變分布，這也是固體力學的基本研究方法之一。
結構剛度
靜載荷和動載荷實驗靜載荷下抵抗變形的能力稱為靜剛度。動載荷下抵抗變形的能力稱為動剛度，即引起單位振幅所需的動態力。如果幹擾力變化很慢（即干擾力的頻率遠小於結構的固有頻率），動剛度與靜剛度基本相同。干擾力變化極快（即干擾力的頻率遠大於結構的固有頻率時），結構變形比較小，即動剛度比較大。當干擾力的頻率與結構的固有頻率相近時,有共振現象,此時動剛度最小，即最易變形，其動變形可達靜載變形的幾倍乃至十幾倍。
構件變形常影響構件的工作，例如齒輪軸的過度變形會影響齒輪嚙合狀況，工具機變形過大會降低加工精度等。影響剛度的因素是材料的彈性模量和結構形式，改變結構形式對剛度有顯著影響。剛度計算是振動理論和結構穩定性分析的基礎。在質量不變的情況下，剛度大則固有頻率高。靜不定結構的應力分布與各部分的剛度比例有關。在斷裂力學分析中，含裂紋構件的應力強度因子可根據柔度求得。
計算公式
一個結構的剛度（k）是指彈性體抵抗變形拉伸的能力。計算公式：
k=P/δ
剛度的國際單位是牛頓每米（N/m）。
轉動剛度
轉動剛度（k）為：k=M/θ
其中，M為施加的力矩，θ為旋轉角度。
轉動剛度的國際單位為牛米每弧度。
轉動剛度還有一個常用的單位為英寸磅每度。
其他的剛度包括：
拉壓剛度（Tension and compressionstiffness）
軸力比軸向線應變（EA)
剪下剛度（shear stiffness）
