關(guān)于結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中問題 引起構(gòu)件破壞的主要因素

由于某種用途，在構(gòu)件上需要開孔、溝槽、缺口、臺階等，在這些部位附近，因截面的急劇變化，將產(chǎn)生局部的高應(yīng)力，其應(yīng)力峰值遠大于由基本公式算得的應(yīng)力值。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中，引起應(yīng)力集中的孔、溝槽、缺口、臺階等幾何體稱為應(yīng)力集中因素。 因孔、溝槽、缺口、臺階等附近存在應(yīng)力集中，從而，削弱了構(gòu)件的強度，降低了構(gòu)件的承載能力。應(yīng)力集中處往往是構(gòu)件破壞的起始點，應(yīng)力集中是引起構(gòu)件破壞的主要因素。應(yīng)力集中現(xiàn)象普遍存在于各種構(gòu)件中，大部分構(gòu)件的破壞事故是由應(yīng)力集中引起的。因此，為了確保構(gòu)件的安全使用，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟效益，必須科學(xué)地處理構(gòu)件的應(yīng)力集中問題。

對于受拉構(gòu)件，當(dāng)其中無裂紋時，構(gòu)件中的應(yīng)力流線是均勻分布的，如左圖所示；當(dāng)其中有一圓孔時，構(gòu)件中的應(yīng)力流線在圓孔附近高度密集，產(chǎn)生應(yīng)力集中，但這種應(yīng)力集中是局部的，在離開圓孔稍遠處，應(yīng)力流線又趨于均勻，如右圖所示。

工程上用應(yīng)力集中系數(shù)來表示應(yīng)力增高的程度。應(yīng)力集中處的最大應(yīng)力與基準應(yīng)力之比，定義為理論應(yīng)力集中系數(shù)，簡稱應(yīng)力集中系數(shù):

應(yīng)力集中的應(yīng)用：食品包裝塑料袋中的應(yīng)力集中利用，超市用塑料袋，扯布，劃玻璃，砍樹，易拉罐等。

下面，我們將通過一個典型應(yīng)力集中問題——帶孔平板，使用ANSYS軟件求出最大應(yīng)力和應(yīng)力分布圖，并與彈性理論計算的結(jié)果進行比較：

根據(jù)彈性力學(xué)知識，孔邊環(huán)向正應(yīng)力的大小是無孔時的3倍，隨著遠離孔邊而極速趨近于q。

應(yīng)力集中對構(gòu)件的疲勞壽命影響很大，因此無論是脆性材料還是塑性材料的疲勞問題，都必須考慮應(yīng)力集中的影響。

應(yīng)力集中的程度，與孔的形狀有關(guān)。一般說來，圓孔孔邊的集中程度最低，如果有必要在構(gòu)件中挖孔或留孔，應(yīng)盡可能地用圓孔代替其他形狀的孔。

編輯：黃飛