机械设计者，遇到一个不懂机械的领导，往往会说：小孩的玩具车，我一大人站上去也没事；玩具车这么轻，你的怎么就这么重？只能说外行看热闹了。当然塑料开模材料，可以通过加入玻璃纤维增加强度。有机材料的力学性能会更复杂，还没有统一的标准。

本文介绍了金属材料常用的几种强度概念：极限强度、屈服强度、疲劳强度；并介绍了在轻量化设计时，需要额外关注的强度经验，这些注意点在教科书中可能没有提及。

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强度是单位面积上的力；金属上施加极限强度，会被马上拉断；施加屈服强度，会马上发生永久变形；施加疲劳强度，就是不停的折腾它（力的大小或方向在变化），很长时间之后，金属会断裂。

零件承受静态不变的压力时，可用极限强度；受到其他方向的静态不变的力时，用屈服强度；受到动态变化的力时，用疲劳强度。由此可见，只有在需要计算使用寿命时，才需要疲劳强度。

常用材料的极限强度和屈服强度，上网或者机械设计手册上就能查到；疲劳强度却不多见，这里列举了几种最采用金属材料的疲劳强度，可见这里的相差是十分巨大的。

讲到材料，钢、铝作为非机械行业的人都很好理解；一讲到材料牌号，就会发懵。其实同一种材料，因其内部成分的比例不一样，其性能有很大区别；根据成分的不同，命名了材料的牌号。不同的国家，都根据各自的标准，设计了一套命名规则；同一种材料成分，在不同国家，其名称是不一样的。而在实际的设计过程中，牌号的使用，并不会遵循某一个标准，往往是哪个好记用哪个。比如表格里的碳钢用的是中国标准，不锈钢用的是日本或美国标准，铝合金用的是ISO标准。

在机械设计过程中，如果要想物尽其用，榨干材料的强度，想设计出又轻又能受力大的零件，必须了解和注意以下几点：

1、国家标准给出的材料强度，往往是最低要求值。而且不同的国家标准，其值是不一样的。我们的国家标准要求，要低一些。机械设计软件里，往往都可以直接选择零件的材料牌号，而这些设计软件又大都是国外的。所以用国外设计软件做仿真，实际用国内材料，如果余量留的不够，可要小心哦。因此国外的图纸，让国内代工，往往都指定了必须用进口某国家的钢材。

2、不同厂家，其生产的同牌号材料，其强度也是不一样的，当然至少都高于标准值。一些特种钢材，或者使用量特别大的钢材，厂家往往还有自己规定的牌号。所以有些图纸规定了必须是用某厂的钢材。

3、即使是同一厂家同一牌号的钢材，其粗细不一样，其强度也会略有不同。如直径20mm的棒材和直径200mm的棒材，其从钢水成型到最终冷却时间是不一样的，这就造成了强度上的差别。

4、即使是同一跟棒材，其强度也是不均匀的。中心强度要小于外表强度。因为棒材冷却的时候，都是外表先冷却，中心最后冷却。这和热处理有些相似。不同形状的原材料，即使牌号一样，强度也不尽相同，这也是同样的道理。

5、即使同一根棒材，加工成不同的形状，采用不同的加工方法，其最终可用的疲劳强度是不一样的。

因此我们在计算零件的疲劳强度时，需要加上原材料系数、形状系数、加工系数、应力集中系数。这些系数都可以查表得到。国内的教科书和机械设计手册可能都没有详细介绍这些内容，这里推荐一本国外的教科书《Shigley’s Mechanical Engineering》，很遗憾，我没有找到这本书的中文版的。

零件实际承受的强度（应力），往往可以通过机械设计软件仿真得到；当然前提是，得要自己通过受力分析，求得零件的实际受力，这个非常考验设计者的功底，我们以后再介绍一个相对比较常用的受力分析方法。

当零件收到一个大小变化的力时，其承受的疲劳应力是无法仿真的；这里推荐goodman疲劳应力计算方法。具体计算方法，下次在介绍；当然网上也有的查。