应力集中的利用与避免

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1、应力集中的利用与避免摘要材料在交变应力作用下产生的破坏称为疲劳破坏。通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时，破坏可能发生。另外材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大，这种现象称为应力集中。关键词应力集中应力集中系数应力测量利用与避免应力集中现象可以说是在日常生活中无处不见，有些工程需要消除集中应力，有些则需要增大集中应力。应力集中是如何产生的？了解应力的产生是工程制造加工及生产生活中的重要部分。通过相关设计，可以为生活提供许多方便，减少一些不必要的麻烦，还可以减少和避免很多不必要的伤害。应力集中是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

2、大的现象。应力集中会引起脆性材料断裂；使物体产生疲劳裂纹，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。通过电测法、光弹性法、有限元法以及边界元法等实验手段测出物体的应力集中。在日常生产生活中，可以通过相应实验及计算实现应力集中的利用与避免。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。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。应力集中的利用都源于实际生产生活，一些结论均来自实验

3、。需要我们不断去探索、总结。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。　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。这就需要设计人员综合

4、考虑各个方面因素进行设计，应用应力集中知识造福人类，让生活更美好。不同的材料，影响集中应力的因素不同，塑性材料具有屈服阶段，当孔边附近的最大应力达到屈服极限时，该处材料首先屈服，应力暂时不再增大。如外力继续增加，增加的应力就由截面上尚未屈服的材料所承担，使截面上其它点的应力相继增大到屈服极限，该截面上的应力逐渐趋于平均。因此，用塑性材料制作的零件，在静荷作用下可以不考虑应力集中的影响。而铸铁本身材料就不是均匀的，应力分布更不均匀，用组织不均匀脆性材料制作的零件，应力集中将大大降低构件的强度，对于这些材料的构件，往往施加的外应力是次要因素。要应用或避免这些集中应力就

5、必须进行一定的测量和应力监测，目前主要的应力测试方法有电测法、光纤光栅法、振弦式应变测量等。应力监测一般是指在建构筑物施工过程中，如钢结构安装、卸载、改造、加固，混凝土浇筑等过程，采用监测仪器对受力结构的应力变化进行监测的技术手段，在监测值接近控制值时发出报警，用来保证施工的安全性，也可用于检查施工过程是否合理。要实现应力集中的利用与避免，仅通过实验及检测是不够的，还需要进行一定的计算。计算应力时最重要的是确定构件的安全系数及最大需用应力，在实际应用中相当复杂。实际工程中圆滑的角避免应力集中在制作各种拉力工具时，拉脚的拐弯处应设圆角，这并不是为了美观，这是为了避免

6、应力集中。应力集中指由于受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起的局部范围内内应力显著增大的现象。应力集中会造成构件的断裂。圆角的大小应根据工具的外形尺寸决定，太大影响工具的效应，太小工具容易断裂损坏。对于常用的较小拉制工具，圆角半径在2-3毫米为佳，较大在5毫米左右。对于特殊形状的工具根据实际情况确定。但或大或小必须留圆角。小结：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，避免形状突变，尽可能开圆孔或椭圆孔；根据孔边应力集中的分析成果进行孔边局部加强；另外还可对材料表面作喷丸、辊压、氧化等处理，以提高材

7、料表面的疲劳强度。为增大集中应力，可采对材料外形及加工方式加工部位进行合理地机械设计，通过相应实验及计算选择合适的材料。从而实现应力集中的利用与避免。参考文献1、《设计中的应力集中系数》作者：R.E.彼德逊2、《工程力学》作者：王彪出版社：中国科学技术大学出版社出版社：中国工业出版社出版时间：1965年05月北京第1版3、《残余应力的产生和对策》作者：米谷茂出版社：机械工业出版社出版时间：1983-044、《建筑钢结构进展》作者：澳门大学土木及环境工程系中国澳门(郭伟明);香港理工大学土木及结构工程系中国香港(滕锦光;钟国辉)出版时间：2007-035、李荣锋;戴

8、树和;沈士