压力和压力是描述材料对力的反应方式的两个最重要的概念。应力是负载下材料中每单位区域的内力,而应变是由施加力引起的材料形状的变形或变化。
但是,压力与压力之间的关系远远超出了理论 - 这对于合理的工程决策至关重要。通过并排比较它们,我们可以更好地预测材料的性能,可以安全变形的程度以及何时失败。本文探讨了他们的定义,差异,关系和实际应用。
在我们详细了解详细信息之前,您可能会发现此简短的介绍性视频和压力很有帮助:
压力是材料产生以抵抗外部负载的每单位面积的内力。从显微镜上讲,施加的载荷会引起反对变形并“固定”结构的原子间力。这种内部阻力是我们衡量的压力。
根据如何施加负载,压力被归类为:
其中,拉伸压力是工程设计中最根本的压力类型。计算公式是:

在哪里:
直接测量应力是不可能的,因此,我们必须测量施加的力或结果变形。以下是关键测量技术的简洁概述:
| 方法 /技术 | 原则 | 测量设备 /工具 | 准确性和精度 | 常见应用 |
| 通用测试机(UTM) | 测量力(F),计算应力= f/a | UTM具有集成负载电池 | ★★★★★(高精度) | 基本材料测试:应力 - 应变曲线,机械性能评估 |
| 应变量表 | 测量应变(ε),通过σ= E·ε 计算应力(假设线性弹性) | 应变计,数据采集系统 | ★★★★☆(高) | 组件应力分析;疲劳评估;嵌入式结构监测 |
| 延伸计 | 衡量规格的变化,计算ε和σ | 接触或非接触式延伸仪 | ★★★★☆(高) | 标本的拉伸测试;验证弹性模量和屈服应变 |
| 数字图像相关(DIC) | 光学方法,跟踪全场表面变形 | 高速相机系统,DIC软件 | ★★★★☆(全场) | 全场应变分析;裂纹跟踪;物质不均匀研究 |
| 超声应力测量 | 在压力下使用材料的波速变化 | 超声波探测器 | ★★★☆☆(中度) | 残余应力检测;焊接接头和大型结构的应力监测 |
| X射线衍射(XRD) | 测量由内部压力引起的晶格失真 | XRD衍射仪,专业软件 | ★★★★☆(高精度;位于表面层) | 薄膜,焊接区域,金属和陶瓷中的表面残留应力 |
| 光弹性 | 通过光学干扰条目在透明双折射材料中可视化压力 | 偏振光设置和双重聚合物模型 | ★★★☆☆(对半定量定性) | 教育演示;透明模型中的实验应力分析 |
| 微/纳米级表征技术 | EBSD,微拉曼,纳米凹陷等技术提供微观或纳米级应变/应力映射 | 电子或基于激光的系统,图像分析软件 | ★★★★☆(高精度;局部微/纳米尺度) | 微电子,薄膜,纳米构造,复合界面行为 |
应变是对材料进行外力时材料发生的相对变形的量度。它表示为无单位数量或百分比,代表长度(或其他维度)对原始长度(或尺寸)的变化。
应变的类型对应于施加的应力:拉伸应变,压缩应变或剪切应变。
正常应变的公式是:

在哪里:
各种方法可用于测量应变。最常用的技术是应变测量值和伸展指标。下表总结了测量材料应变的常见方法:
| 方法 | 感知原理 | 传感器 /传感器 | 测量场景 | 评论 |
| 应变量表 | 阻力变化 | 箔型应变量表 | 静态或低频应变;常用 | 广泛用于行业;低成本;需要粘合键和布线连接 |
| 延伸计 | 位移 | 夹式 /接触式延伸计 | 材料测试;全截面测量 | 高准确性;不适合动态测试或高度局部应变 |
| 数字图像相关(DIC) | 光学跟踪 | 相机 +斑点图案 | 全场应变映射;裂纹繁殖;复杂形样品 | 非接触; 2D/3D变形映射;昂贵的系统 |
| 压电传感器 | 压电效应 | 压电膜或水晶 | 动态应变,压力,冲击,振动 | 高频响应;不适合静电测量 |
| 纤维bragg光栅(FBG) | 光学(布拉格反射) | FBG光纤传感器 | 长距离的分布式或多路复用测量 | 免疫EMI;适合航空航天,能源和智能结构 |
| 激光多普勒振动仪(LDV) | 多普勒效应 | LDV激光探针 | 动态应变/速度测量和表面振动分析 | 非接触;高分辨率;昂贵的;对表面条件敏感 |
以下是一个简短的表,提供直接概述:
| 方面 | 压力 | 拉紧 |
| 公式 | σ= f / a | ε=Δl /l₀ |
| 单位 | PA(N/m²)或PSI(LBF/in²) | 无量纲或% |
| 原因 | 外力 | 压力引起的变形 |
| 影响 | 产生内力来抵消外部负载;如果过高 | 改变材料的几何形状;可在弹性极限内回收,永久性超出产量点 |
| 行为 | 材料必须抵抗的每个区域的内力。根据分配,它可能导致压缩,张力,弯曲或扭转 | 描述了在施加的应力下材料变形的程度。可以是弹性的或塑料的 |

压力会导致应变。应力 - 应变曲线图可以通过针对施加的应力绘制应变(变形)逐渐增加载荷的变形。让我们回顾一下其要点:
线性区域(O-A):按照胡克定律,压力和压力完全成比例。该线性部分以比例极限结束,其斜率是弹性的模量(Young的模量),表明材料的刚度。在此范围内,变形是完全弹性的:一旦卸下负载,材料就会返回其原始形状。
(非线性A区):该材料仍然具有弹性,也就是说,变形是完全可恢复的,但是这种关系变成了非线性,这意味着胡克定律不再适用。因此,B点被称为弹性极限:它表示材料可以轻轻承受的最大力,而该区域OB被称为弹性区域。
屈服(B-C):在B点后,材料进入塑料区域并变形变为永久性。点B也称为上屈服点,在该点突然摆脱障碍物,因此即使材料继续伸展,所需的负载也会短暂下降。应力下降到c点 - 较低的屈服点,在该材料以永久(塑料)方式延伸时,应力水平几乎保持恒定。
请注意,在低碳钢中,清晰的“上部→下部”产量(B→C)最明显。其他合金通常会更平稳地转换为塑性变形而没有明显的应力下降。
应变硬化(C – D):在点C之后,材料的工作变硬:随着位错的积累和相互作用,金属对进一步流动的抗性增加。尽管该部分继续稀薄且细长,但对变形的耐药性增加会使工程应力更高,直到达到D点的最大值最终的拉伸强度(UTS)。这是原始仪表部分在测试条件下可以维持的最高负载。
颈部和断裂(D – E):除了点外,局部颈部开始开始,导致一个区域的横截面区域迅速减少。在工程应力 - 应变曲线中,随着材料的负载能力下降,记录的应力下降。最终,颈部区域无法再维持负载,并且在E点处的样品骨折表示材料在失败时的总伸长率。
在O和A之间的弹性区域内,应力与应变之间的比例关系由Young的模量(也称为弹性模量或拉伸模量)定义。该值通过胡克定律量化了材料的刚度:
E =应力 /应变
从数学上讲,也就是:
E =σ /ε
其中E是Young的模量,带有PA或N/M2单位。模量越高,在给定应力下材料变形越少。
由于其独特的应力 - 应变行为,不同的材料在负载下的反应不同。以下是一些在实践中说明这一点的例子:
在高层建筑物中,结构钢I梁和圆柱具有死亡和活载荷引起的压缩应力(设计应力通常限制在250 MPa左右)。具有200 GPA的幼年模量,产率的相应弹性应变仅为0.125%(ε=σ/E)。超出产量点,在骨折前还可以维持10-20%的塑性菌株(最终拉伸强度为400-550 MPa)。实际上,工程师使用的安全系数在1.5到2之间,使工作压力保持在150 MPA以下,以防止屈曲或永久变形。
在起飞,着陆和湍流期间,铝合金(例如2024-T3和7075-T6)经历了高达300 MPa的交替应力和压缩应力。它们的70 GPA模量产生的弹性菌株为0.4-0.5%,约为相同应力下的钢的三倍。这些合金具有500-600 MPa的高度最终优势,总伸长率为10-15%。疲劳寿命(在10°至10循环之间)通过监测应变幅度和裂纹增长速率来管理,以确保在使用寿命中耐用性。
橡皮车轮胎在旋转并在道路表面变形时经历了重复的张力和压缩周期。橡胶化合物的拉伸强度为15-25 MPa,弹性模量低(1-10 MPa),但可逆菌株为300–600%(一些高性能配方超过1000%)。这种较大的可回收变形使轮胎能够符合道路不规则性并吸收冲击。设计人员还考虑粘弹性滞后(能量损失)和数百万个负载周期下的疲劳裂纹生长,以确保长期耐用性和牵引力。
应力 - 应变曲线揭示了关键的机械性能 - 弹性模量,屈服强度,最终拉伸强度,延展性和韧性 - 指导材料选择。通过分析应力如何分布和诱导应变,工程师可以预测变形并验证组件是否安全地保留在弹性区域中,以应对产量或屈曲等极限。
在Chiggo,我们将深层材料专业知识与高级结合CNC加工帮助您的设计栩栩如生。我们的团队已准备好作为您值得信赖的合作伙伴来支持您最艰难的项目,以延长质量和效率的每一步。立即与我们联系以了解更多呢
1。工程应变和真正的应变有什么区别?
假设仪表长度保持恒定,则将工程应变简单地计算为长度除以原始量规长度的变化。相比之下,真正的应变跟踪每个微小长度相对于标本不断变化的长度而变化,并在整个变形过程中整合了这些增量菌株。对于小变形,两者几乎相等。但是,随着变形的增加,工程应变低估了实际变化,而真正的应变提供了精确的度量。
2。弹性与刚度相同吗?
否。通过Young的模量定量的刚度是材料对弹性变形的抗性(应力 - 应变曲线的斜率)。弹性是该材料可以在该弹性范围内吸收的每单位体积的可回收能量(曲线下的面积至产量)。
如果您开始使用 3D 打印,您很快就会遇到不同的 3D 文件格式。最常见的两个是STL和对象。它们之间有什么区别,您应该使用哪一个?在本文中,我们详细比较了 STL 与 OBJ,涵盖了两者的优缺点。最后,您将知道哪种格式最适合您的需求以及原因。 什么是STL文件? STL(立体光刻或标准镶嵌语言)是消费级 3D 打印的事实上的标准。它于 20 世纪 80 年代末由 3D Systems 引入,作为描述立体光刻机模型的一种方式。 STL 文件仅描述对象的表面几何形状,将其分解为微小三角形的网格。每个三角形由三个顶点和一个指向外部的法向量定义。 STL 是一种精简格式:它仅捕获对象的形状,没有颜色、纹理或材质数据。它也不包含单位,因此数字是否代表毫米或英寸取决于惯例(大多数切片机假设毫米)。 STL 文件可以以两种形式保存:ASCII(文本)或二进制。两者都存储相同的数据,但二进制版本更加紧凑。实际上,由于 STL 的简单性,几乎所有 3D 打印机和切片软件都支持 STL。如果您从 Thingiverse 等公共库下载模型,它们通常以 STL 格式提供。然而,这种简单性也带来了一些限制,我们将很快讨论。 什么是 OBJ 文件? OBJ(通常称为 Wavefront OBJ)是另一种广泛使用的 3D 文件格式,最初由 Wavefront Technologies 于 20 世纪 80 年代为其 3D 图形软件开发。如今,它不仅已成为计算机图形和动画领域的常见格式,而且还成为 3D 打印领域的常见格式。 OBJ 可以存储具有任意数量顶点的多边形,甚至可以存储平滑的数学曲线,例如 […]
什么是管道线? 管螺纹是螺丝线程专为连接管道和配件而设计。它们允许将管道拧紧在一起,形成一个紧密的压力密封,用于流体或气体。管道线程有两种基本类型: 锥形线直径逐渐减小,形成锥状形状。 平行(直)线沿其长度保持恒定直径。 锥形管螺纹对于实现泄漏密接头尤为重要。当雄性和雌性锥形线被拧紧时,它们会互相楔入并形成压缩拟合度。这种锥形楔子会产生密封和强大的机械固定。但是,即使是经济良好的金属线的间隙也很小,因此通常将密封剂(例如水管工的PTFE胶带或管道涂料)应用于螺纹上,以填充任何空隙并确保完全无泄漏的连接。 另一方面,平行(直(直)管道线不提供密封;他们拧在一起而无需楔入。直线螺纹通常用扁平的洗衣机,O形环或垫圈密封,以防止泄漏。两种类型的线程都是常见的,但是选择取决于应用程序的密封需求。例如,花园软管使用带有橡胶洗衣机的直线来密封,而钢制管道则使用带胶带的锥形线。 什么是Tap Drill图表? Tap Drill图表是一张表格,可以告诉您在敲击线程之前要使用哪个钻头。钻得太大的孔,螺纹将很浅,容易泄漏。钻得太小,在切割过深的螺纹时,水龙头可能会结合甚至破裂。遵循图表可为您提供最佳的线程参与度,通常约为75%,这可以使强度与轻松敲击。换句话说,大约四分之三的全螺纹高度形成,在敲击过程中产生强烈的固定,没有过多的扭矩。在下一部分中,我们将重点介绍北美最常见的管道螺纹标准:NPT:NPT,并为NPT管道TAPS提供全面的Tap Drill图表。 了解NPT(国家管道锥度)线程 NPT代表国家管道锥线。它是美国和加拿大用于管道,空气软管,燃油管线和许多其他应用的标准锥形管线。如果您曾经将PTFE(Teflon)胶带包裹在管道或安装中,那么您很可能已经使用了NPT线。这些线的比例为1:16,这意味着每16英寸长的直径增加1英寸(每英尺约0.75英寸)。相对于管道的中心线,这对应于1.79°半角度。这似乎似乎很小,但是足以确保雄性NPT拟合被拧入女性端口,它们越远,螺纹楔子更紧密,从而产生了自封的干扰。 NPT使用与标准的美国螺纹相同的60°螺纹轮廓,但具有扁平的波峰和根源,以增加强度。在ANSI/ASME B1.20.1中定义了所有临界维度和公差,包括每英寸线(TPI),音高直径限制和线程接合长度。管道尺寸由名义内径(例如½“或¾”)命名,但该数字不能反映实际的外径。例如,¾“ NPT管道的测量约为1.050”。此外,由于诸如BSPT和NP之类的标准共享标称大小,但使用不同的音高或线程表单,因此您必须指定名义大小(以匹配OD)和TPI(以匹配线程螺距)以选择正确的点击或拟合。 为了给出正式的NPT几何感,以½英寸的NPT线程为例:它具有14个TPI和16个锥度的1个。螺纹形式是扁平的60°“ V”,其半角度的圆锥形为1°47'24''(1.7899°),与中心线同样应用于男性和女性线。当您手动安装配件时,大约3-4个线(“ L1尺度长度”)的尺寸很小;然后,使用扳手添加另外1.5-3个“扳手化妆”线以完成密封。 您经常会看到商店的速记,例如“ MIP/FIP”或“ MNPT/FNPT”(雄性/雌性铁管或NPT),以区分外部线和内部线,而ANSI则将其称为外部或内部NPT,但昵称使其很快识别出哪个在商店地面上。 NPT线程如何工作 因为雄性和女性线都是锥形的,因此拧紧它们会产生楔子效果。螺纹侧面互相挤压,形成一个机械强度且非常紧密的关节。您会注意到,只需几回合后,正确收紧的NPT关节就会感到贴合 - 这是锥度完成工作的锥度。不过,NPT线程并不是完全防漏的。螺纹之间存在很小的螺旋间隙,如果您不使用密封剂,则可能会泄漏。这就是为什么安装程序在组装前将雄性螺纹包裹在液体/粘贴密封剂上的雄性线:它可以润滑螺纹并填充微间隙,从而确保气体或水密密封。在燃油气或液压系统中,切碎的胶带可以堵塞阀,技术人员通常更喜欢糊密封剂。 NPT线程的应用 NPT线程在日常和工业环境中无处不在。住宅水和天然气管道依赖于NPT配件来可靠泄漏。气动工具和空气压缩机在软管,阀门和快速连接耦合器上使用NPT连接器。在汽车和重型机械中,NPT配件可为传感器(例如油压发件人)和流体线(制动或冷却液系统)提供,并为其简单起见以及广泛的现成零件而珍贵。由于符合ANSI的水龙头,死亡和配件都遵循相同的规格,因此您可以不用担心混合品牌。这种通用的兼容性使NPT成为北美的首选管道。 NPT Tap Drill图表 当在孔中创建内部NPT螺纹(例如,敲击管道装件或储罐中的一个孔中的孔)时,您必须首先钻一个适当的尺寸孔。由于NPT螺纹是锥形的,因此钻孔通常比水龙头的最大直径小一点,以使水龙头随着锥度的前进而切割锥度。下面是通用管道尺寸的全面NPT Tap钻图: 名义管尺寸(英寸)每英寸线(TPI)点击钻(英寸)抽气钻(mm)线程参与(%)1/16270.2426.15〜75%1/8270.3328.43〜75%1/4180.4375(7/16英寸)11.11〜75%3/8180.5625(9/16英寸)14.29〜75%1/2140.7031(45/64英寸)17.86〜75%3/4140.9063(29/32“)23.02〜75%111½1.1406(1-9/64英寸)28.97〜75%1¼11½1.4844(1-31/64英寸)37.70〜75%1½11½1.7188(1-23/32英寸)43.66〜75%211½2.2188(2-7/32英寸)56.36〜75%2½82.6250(2-5/8“)66.67〜75%383.2500(3-1/4英寸)82.55〜75%3½83.7500(3-3/4英寸)95.25〜75%484.2500(4-1/4英寸)107.95〜75% 笔记: 上面列出的Tap Drill尺寸假定直接敲击而无需转换。线程参与度(%)表示已达到的全线深度的百分比 - 典型的管道螺纹典型,平衡关节强度和敲击扭矩。括号中的钻头大小是标准字母或折射尺寸的标准尺寸(例如1/8-27 NPT使用字母Q钻,0.332“)。 管道水龙头是锥形的,因此您必须深入到足够深的深处以形成正确的螺纹锥度。制造商通常会指定所需的卷入线数,也可以使用NPT插头量表进行验证。定期退缩以清除芯片并在挖掘金属时使用切割液 - 水管水龙头由于直径较大和锥度而去除大量材料。 如果有锥形介孔器,您可以先用1:16锥形铰刀在攻击之前将钻孔钻孔。这会减少敲击扭矩,并可以在孔的末端稍微增加螺纹互动。但是,大多数字段和DIY应用都使用上面显示的直钻和tap方法,该方法提供了足够紧密的接头。 将NPT与其他线程类型进行比较 NPTF(国家管道锥度燃料) 这是一个干密封的锥形管螺纹,通常称为dryseal NPT或管道螺纹燃料。它具有与标准NPT相同的锥度(1:16)和线螺距,也具有60°螺纹角度。关键区别在于螺纹的顶峰和根设计:NPTF线在波峰和根上的间隙为零,从而形成了一种干扰拟合,可将金属对金属固定而无需任何密封剂。这使得NPTF非常适合对超透露率敏感的应用,即使是微小的泄漏或密封剂污染也是不可接受的。尽管NPTF和NPT具有尺寸并将其物理贴合,但仅交配NPTF雄性和女性会产生干密封。 NPTF由ANSI/ASME B1.20.3定义,而标准NPT则使用B1.20.1。 典型用途:高压液压系统;燃料系统;和其他流体功率应用(例如,制动系统组件或燃油轨配件)。 NPS(国家管道直线) 该螺纹标准具有与相应的NPT大小相同的螺纹角,形状和音高,但它是直(平行)而不是锥形的。虽然NPS线将拧到相同尺寸和TPI的NPT拟合上,但其缺乏锥度会阻止楔形密封件,并且可能会泄漏。 NPS线用于机械连接或由O形圈或垫圈等单独元素提供密封的地方。 典型用途:电导管螺纹(通常称为NPSM),消防软管耦合或大型直径水管工会以及燃气灯笼或老式的管道工会,密封垫圈或垫圈会产生密封。 […]
从日常的家居用品到高性能的工业组件,塑料制造有助于塑造我们周围的世界。这些组件的各种形状和功能是使用一系列制造工艺制成的,包括注入成型,塑料挤出,3D打印等。这些方法在塑料部分生产中有什么区别,哪种方法(或组合)最适合您的项目?预算,零件设计,塑料材料和生产量只是选择塑料制造方法时出现的一些因素。本文介绍了11种常见的塑料制造方法,解释了它们的工作方式,益处,局限性和典型应用。
عربي
عربي中国大陆
简体中文United Kingdom
EnglishFrance
FrançaisDeutschland
Deutschनहीं
नहीं日本
日本語Português
PortuguêsEspaña
Español