简述什么是应力集中

文摘   2024-09-03 07:13   江苏  

什么是应力集中

应力集中指物体中应力局部增高的现象,
应力集中通常发生在构件几何形状改变的部分,如圆角、锐角、孔洞、缺口等,并且程度还受到负载的分布、大小和方向等因素的影响。
一旦应力集中,会使这个区域的应力大幅增加,
容易导致裂纹或疲劳破坏等问题,
进一步影响整个工件或结构的性能和寿命,

应力集中是机械设计产品过程中不可避免的问题。


应力集中图解

对于受拉工件,当其中无裂纹时,工件中的应力流线是均匀分布的,
如左图所示
当工件有一个圆孔时,工件中的应力流线在圆孔附近高度密集,产生应力集中,但这种应力集中是局部的,在离开圆孔稍远处,
应力流线又趋于均匀,如右图所示


工件产生应力集中的原因

(1) 截面急剧变化,如油孔、键槽、缺口、台阶;
(2) 集中力作用,如齿轮轮齿、火车车轮与钢轨接触点;
(3) 材料不连续性,如夹杂、气孔、 裂痕等;
(4) 工件由于装配、强拉伸、焊接、冷加工等引起的残余内应力。

其中结构焊缝本身就是容易产生应力集中的部位,

方形的孔应力集中于四个角上,

四个角的金属疲劳尤为严重,容易产生裂纹;

圆角圆弧类应力集中比直角要小。


减少应力集中措施

1:表面强化可以提高疲劳强度;
2:避免尖角,即把棱角改为过度圆角,适当增大过渡圆弧的半径;
3:改善零件外形,采用流线型型线或双曲率型线;
4:孔边局部加强,在孔边采用加强环或作局部加厚均可使应力集中系数下降;
5:适当选择开孔位置和方向,避开高应力区,避免孔间相互影响,对于椭圆孔应使其长轴平行于外力的方向;
6:提高低应力区应力,使应力由低应力区向高应力区的过渡趋于平缓。

应力集中应用案列

应力集中虽然对于承载结构来讲存在不利影响,

但是由于应力集中效应,为实现某些功能起到重要作用。

例如:食品袋上的缺口,可以方便食用时撕开;

          易拉罐拉片周围的压痕所产生应力集中,以方便开罐等。


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