应力集中64553.doc

应力集中 stress concentration 　　受力零件或构件在形状、尺寸急剧变化的局部出现应力显著增大的现象如传动轴轴肩圆角、键槽、油孔和紧配合等部位，受力后均产生应力集中这些部位的峰值应力从集中点到邻近区的分布有明显的下降，呈现很高的应力梯度d/dx(见图)零件的早期失效常发生在应力集中的部位,因此了解和掌握应力集中问题，对于机械零件的合理设计和减少机械的早期失效有重要意义　　应力集中系数是评定应力集中的指标用分析计算方法或实验应力分析方法（常用光弹性法）求得静载时局部最大应力与该截面（最小截面）名义平均应力之比，便得到弹性应力集中系数Kt又称理论应力集中系数，它仅与零件的几何形状和变形形式有关但零件的强度不仅与几何形状有关，也与它的尺寸、材料和载荷的性质有关如应力集中对疲劳极限的影响，用Kf表示 Kf为有效应力集中系数用于拉伸、弯曲变形；用于扭转变形,一般静强度越高的材料Kf越大，对应力集中越敏感　　应力集中使交变应力下零件和构件的强度显著降低，因此设计时应该力求减轻应力集中程度，改善局部状况，尽可能使截面的变化平缓，以降低应力集中的影响加大过渡部分的圆角半径、沉割圆角、过渡肩环，或采用减载槽等办法，可使应力的流线从低应力区平滑和缓地过渡到高应力区，降低最大应力峰值。

静载时，塑性材料的屈服能缓和应力集中铸铁对应力集中不敏感，故对强度无影响用其他脆性材料制造的零件，在静、动载荷时均须考虑应力集中的影响应力集中 s tress concentration 　　在物体形状急剧变化处，应力发生局部显著增高的现象 　　在工程结构的凹角、缺口、沟槽、孔洞附近均会发生应力集中，其中孔洞附近的应力局部增高称为孔边应力集中在水利工程中，大坝的坝踵附近以及坝内廊道附近的应力局部增高是应力集中的典型实例 　　孔边应力集中的特点是：①集中性，即在孔洞附近的应力远大于无孔时的应力；②局部性，即在离孔边较远之处（例如几倍孔径之外），应力几乎不受孔的影响，其分布情况与数值大小都几乎与无孔时相同；③在弹性范围内，应力集中程度仅与孔的形状以及受力状态有关，而与荷载的大小无关一般说来，圆孔的孔边应力集中程度最低，图示为两种受力状态下圆孔附近的弹性应力分布情况在凹角、缺口、沟槽等其他形状突变处的应力集中现象具有与孔边应力集中一样的特点 　　反映应力集中程度的参数是应力集中系数，它是峰值应力和不考虑应力集中时的应力的比值图示两种情况的应力集中系数分别为 2与 3由于峰值应力往往超过材料的屈服极限或强度极限从而造成应力的重新分布，所以实际的峰值应力常低于按弹性力学计算得到的数值。

　　应力集中问题是弹性力学的重要内容之一对于圆孔与椭圆孔，已获得应力分布的解析解；对于其他形状的平面孔洞，可用复变函数方法获得应力解答；对各种应力集中问题均可用有限元法、边界元法等数值方法及光测法、电测法等试验方法获得应力分布，其中光测法能直接观察到应力集中现象，得到较多的应用 　　由于应力集中能使结构发生裂纹，甚至断裂，须采取措施，防止因应力集中而造成的结构损坏，主要措施有：①改善结构外形，避免形状突变，尽可能开圆孔或椭圆孔；②结构内必须开孔时，尽量避开高应力区，而在低应力区开孔；③根据孔边应力集中的分析成果进行孔边局部加强 应力集中 stress concentration 　　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 1910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。