剛度

　　機械零件和構件抵抗變形的能力。在彈性范圍內(nèi)，剛度是零件載荷與位移成正比的比例系數(shù)，即引起單位位移所需的力。它的倒數(shù)稱為柔度，即單位力引起的位移。剛度可分為靜剛度和動剛度。
基本定義
　　一個機構的剛度（k）是指彈性體抵抗變形（彎曲、拉伸、壓縮等）的能力。計算公式：
　　k=P/δ
　　P是作用于機構的恒力，δ是由于力而產(chǎn)生的形變。
　　剛度的國際單位是牛頓每米（N/m）。
轉(zhuǎn)動剛度
　　（Rotational stiffness）
　　轉(zhuǎn)動剛度（k）為：k=M/θ
　　其中，M為施加的力矩，θ為旋轉(zhuǎn)角度。
　　轉(zhuǎn)動剛度的國家單位為牛米每弧度。
　　轉(zhuǎn)動剛度的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)
　　剪切剛度（shear stiffness）
　　剪切力比剪切應變(GA)
　　扭轉(zhuǎn)剛度（torsional stiffness)
　　扭矩比扭應變(GI)
　　彎曲剛度（bending stiffness）
　　彎矩比曲率（EI）
小位移和大位移
　　計算剛度的理論分為小位移理論和大位移理論。大位移理論根據(jù)結構受力后的變形位置建立平衡方程，得到的結果精確，但計算比較復雜。小位移理論在建立平衡方程時暫時先假定結構是不變形的，由此從外載荷求得結構內(nèi)力以后，再考慮變形計算問題。大部分機械設計都采用小位移理論。例如，在梁的彎曲變形計算中，因為實際變形很小，一般忽略曲率式中的撓度的一階導數(shù)，而用撓度的二階導數(shù)近似表達梁軸線的曲率。這樣做的目的是將微分方程線性化，以大大簡化求解過程；而當有幾個載荷同時作用時，可分別計算每個載荷引起的彎曲變形后再疊加。
靜剛度和動剛度
　　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(tài)力。如果干擾力變化很慢（即干擾力的頻率遠小于結構的固有頻率），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于結構的固有頻率時），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(xiàn)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，機床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(wěn)定性分析的基礎。在質(zhì)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(jù)柔度求得。
與彈性模量的關系
　　一般來說，剛度和彈性模量是不一樣的。彈性模量是物質(zhì)組分的性質(zhì)；而剛度是固體的性質(zhì)。也就是說，彈性模量是物質(zhì)微觀的性質(zhì)，而剛度是物質(zhì)宏觀的性質(zhì)。
　　材料力學中，彈性模量與橫梁截面轉(zhuǎn)動慣量的乘積表示為各類剛度，如GI為抗扭剛度，EI為抗彎剛度。
工程中的應用
在工程應用中，結構的剛度是十分重要的，因此在選擇材料時彈性模量是一個重要指標。當有不可預測的大撓度時，高的彈性模量是十分必要的。當結構需要有好的柔韌性時，就要求彈性模量不要太高。