
【化】 torsional rigidity
抗扭刚度(Torsional Rigidity)是材料力学中的核心概念,指构件或材料在受扭矩作用时抵抗扭转变形的能力,对应的英文术语为"torsional rigidity"或"torsional stiffness"。该参数通过剪切模量(G)与截面极惯性矩(J)的乘积来量化,计算公式为:
$$ T = G times J $$
其中,剪切模量G表征材料的抗剪特性,极惯性矩J反映截面几何形状对扭转阻力的影响。根据《机械工程术语大辞典》定义,该指标直接决定轴类零件在传动系统中的扭转角大小,是机械设计的关键参数。
在工程应用中,《机械设计手册(第六版)》指出,抗扭刚度直接影响以下领域:
根据GB/T 239-1999《金属材料扭转试验方法》,材料的抗扭刚度测试需在标准扭转试验机上测定扭矩-扭转角曲线。实验数据显示,截面形状优化可使抗扭刚度提升达300%,如采用空心圆管替代实心圆轴时,在同等质量下J值显著增大。
《材料力学》(高等教育出版社)特别强调,各向异性材料的抗扭刚度存在方向差异,如碳纤维复合材料需通过铺层设计调整刚度参数。现代工程实践中,抗扭刚度常与弯曲刚度组合优化,形成复合刚度指标体系。
抗扭刚度是描述物体抵抗扭转变形能力的重要物理量,其核心定义和具体应用如下:
抗扭刚度(Torsional Rigidity)指物体在受到扭矩(旋转力)作用时抵抗弹性形变的能力,通常用作用力与形变值的比值表示。在工程中,它直接关系到结构的稳定性和承载性能。
抗扭刚度(GJ)的数学表达式为:
$$
GJ = G cdot J
$$
其中,G为材料剪切模量,J为截面极惯性矩。该公式广泛应用于钢结构、机械零件等设计评估。
通过抗扭刚度测试可验证结构在风载、地震等外力下的抗变形能力,避免因过度扭曲导致失效。
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