剛度是指材料或結(jié)構(gòu)在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。是材料或結(jié)構(gòu)彈性變形難易程度的表征。材料的剛度通常用彈性模量E來衡量。在宏觀彈性范圍內(nèi)，剛度是零件荷載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(dòng)剛度。
介紹
剛度是使物體產(chǎn)生單位變形所需的外力值。剛度與物體的材料性質(zhì)、幾何形狀、邊界支持情況以及外力作用形式有關(guān)。材料的彈性模量和剪切模量（見材料的力學(xué)性能）越大，則剛度越大。細(xì)桿和薄板在受側(cè)向外力作用時(shí)剛度很小，但細(xì)桿和薄板如果組合得當(dāng)，邊界支持合理，使桿只承受軸向力，板只承受平面內(nèi)的力，則它們也能具有較大的剛度。
在自然界，動(dòng)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(jī)械、橋梁、建筑物、飛行器和艦船就因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)剛度不夠而出現(xiàn)失穩(wěn)，或在流場(chǎng)中發(fā)生顫振等災(zāi)難性事故。因此在設(shè)計(jì)中，必須按規(guī)范要求確保結(jié)構(gòu)有足夠的剛度。但對(duì)剛度的要求不是絕對(duì)的，例如，彈簧秤中彈簧的剛度就取決于被稱物體的重量范圍，而纜繩則要求在保證足夠強(qiáng)度的基礎(chǔ)上適當(dāng)減小剛度。
研究剛度的重要意義還在于，通過分析物體各部分的剛度，可以確定物體內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變分布，這也是固體力學(xué)的基本研究方法之一。
結(jié)構(gòu)剛度
靜載荷下抵抗變形的能力稱為靜剛度。動(dòng)載荷下抵抗變形的能力稱為動(dòng)剛度，即引起單位振幅所需的動(dòng)態(tài)力。如果干擾力變化很慢（即干擾力的頻率遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)的固有頻率），動(dòng)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(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)的固有頻率時(shí)），結(jié)構(gòu)變形比較小，即動(dòng)剛度比較大。當(dāng)干擾力的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相近時(shí)，有共振現(xiàn)象，此時(shí)動(dòng)剛度最小，即最易變形，其動(dòng)變形可達(dá)靜載變形的幾倍乃至十幾倍。
構(gòu)件變形常影響構(gòu)件的工作，例如齒輪軸的過度變形會(huì)影響齒輪嚙合狀況，機(jī)床變形過大會(huì)降低加工精度等。影響剛度的因素是材料的彈性模量和結(jié)構(gòu)形式，改變結(jié)構(gòu)形式對(duì)剛度有顯著影響。剛度計(jì)算是振動(dòng)理論和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)。在質(zhì)量不變的情況下，剛度大則固有頻率高。靜不定結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布與各部分的剛度比例有關(guān)。在斷裂力學(xué)分析中，含裂紋構(gòu)件的應(yīng)力強(qiáng)度因子可根據(jù)柔度求得。
計(jì)算公式
一個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度（k）是指彈性體抵抗變形拉伸的能力。計(jì)算公式：
k=P/δ
P是作用于結(jié)構(gòu)的恒力，δ是由于力而產(chǎn)生的形變。
剛度的國(guó)際單位是牛頓每米（N/m）。
轉(zhuǎn)動(dòng)剛度
轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)剛度的國(guó)際單位為牛頓米每弧度。
轉(zhuǎn)動(dòng)剛度還有一個(gè)常用的單位為英寸磅每度。
其他的剛度包括：
拉壓剛度（張力 and compressionstiffness）
軸力比軸向線應(yīng)變（EA）
剪力剛度（shear stiffness）
剪切力比剪切應(yīng)變（GA）
扭轉(zhuǎn)剛度（torsional stiffness）
扭矩比扭應(yīng)變（GI）
彎曲剛度（bending stiffness）
彎矩比曲率（EI）
彈性模量
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)；而剛度是結(jié)構(gòu)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(xué)中，彈性模量與相應(yīng)截面幾何性質(zhì)的乘積表示為各類剛度，如GI為扭轉(zhuǎn)剛度，EI為彎曲剛度，EA為拉壓剛度。
參考資料 >