2016-10-02 09:32:40

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指物体中应力局部增高的现象,一般出现在物体形状急剧变化的地方,如缺口、孔洞、沟槽以及有刚性约束处。应力集中能使物体产生疲劳裂纹,也能使脆性材料制成的零件发生静载断裂。在应力集中处,应力的最大值(峰值应力)与物体的几何形状和加载方式等因素有关。

基本信息

  • 中文名

    应力集中

  • 外文名

    Stress concentration

  • 简介

    接头局部区域的最大应力值偏高

  • 应用领域

    构件

  • 贡献者

    N.I.穆斯赫利什维利

  • 方面

    弹性力学中的一类问题

目录

折叠 编辑本段 简介

英文:stressconcentration

应力集中是指受力构件由于外界因素或自身因素几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。

应力集中是指接头局部区域的最大应力值比平均应力值高的现象。

折叠 编辑本段 影响

对于由脆性材料制成的构件,应力集中现象将一直保持到最大局部应力到达强度极限之前。因此,在设计脆性材料构件时,应考虑应力集中的影响。

对于由塑性材料制成的构件,应力集中对其在静载荷作用下的强度则几乎无影响。所以,在研究塑性材料构件的静强度问题时,通常不考虑应力集中的影响。

折叠 编辑本段 介绍

弹性力学中的一类问题,应力在固体局部区域内显著增高的现象。多出现于尖角、孔洞、缺口、沟槽以及有刚性约束处及其邻域。应力集中会引起脆性材料断裂;使物体产生疲劳裂纹。在应力集中区域,应力的最大值(峰值应力)与物体的几何形状和加载方式等因素有关。局部增高的应力值随与峰值应力点的间距的增加而迅速衰减。由于峰值应力往往超过屈服极限(见材料力学性能)而造成应力的重新分配,所以,实际的峰值应力常低于按弹性力学计算出的理论峰值应力。反映局部应力增高程度的参数称为应力集中系数k,它是峰值应力与不考虑应力集中时的应力的比值,恒大于1且与载荷大小无关。在无限大平板的单向拉伸情况下,其中圆孔边缘的k=3;在弯曲情况下,对于不同的圆孔半径与板厚比值,k=1.8~3.0;在扭转情况下,k=1.6~4.0。

1898年德国的G.基尔施首先得出圆孔附近应力集中的结果。1909年俄国的G.V.科洛索夫求出椭圆孔附近应力集中的公式。20世纪20年代末,苏联的N.I.穆斯赫利什维利等人把复变函数引入弹性力学,用保角变换把一个不规则分段光滑的曲线变换到单位圆上,导出复变函数的应力表达式及其边界条件,进而获得一批应力集中的精确解。各种实验手段的发展也很快,如电测法、光弹性法、散斑干涉法、云纹法等实验手段(见实验应力分析)均可测出物体的应力集中。近年来计算机和有限元法以及边界元法的迅速发展,为寻找应力集中的数值解开辟了新途径。

为避免应力集中造成构件破坏,可采取消除尖角、改善构件外形、局部加强孔边以及提高材料表面光洁度等措施;另外还可对材料表面作喷丸、辊压、氧化等处理,以提高材料表面的疲劳强度。

折叠 编辑本段 算法

在无限大平板的单向拉伸情况下,其中圆孔边缘的k=3;在弯曲情况下,对于不同的圆孔半径与板厚比值,k=1.8~3.0;在扭转情况下,k=1.6~4.0。

如下图所示的带圆孔的板条,使其承受轴向拉伸。由试验结果可知:在圆孔附近的局部区域内,应力急剧增大,而在离开这一区域稍远处,应力迅速减小而趋于均匀。这种由于截面尺寸突然改变而引起的应力局部增大的现象称为应力集中。在I—I截面上,孔边最大应力max与同一截面上的平均应力之比,用a表示

称为理论应力集中系数,它反映了应力集中的程度,是一个大于1的系数。而且试验结果还表明:截面尺寸改变愈剧烈,应力集中系数就愈大。因此,零件上应尽量避免带尖角的孔或槽,在阶梯杆截面的突变处要用圆弧过渡。

应力集中不仅与物体的形状及外形结构有关,还与选取材料有关,与外界应用环境也存在不可忽略的关系(如温度因素),另外,在加工过程中也可能导致应力的改变,例如回火不当引起二次淬火裂纹、电火花线切割加工显微裂纹、机械设计时也难免导致某部位的应力集中。

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