應力集中在生活中的應用和避免

王璽 江蘇市江陰市第一高級中學 高三（5） 江蘇江陰 214431

一、應力和應力集中：

應力：物體由于外因（受力、濕度、溫度場變化等）而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力稱為應力。應力是矢量，沿截面反向的分量稱為正應力，沿切向的分量稱為剪應力或切應力。

應力集中：因物體外形突然變化而引起的局部應力急劇增大的現(xiàn)象。

二、應力集中程度描述：

應力集中系數(shù)K=σmax/σ凈截面上的平均應力

應力集中系數(shù)反映物體在靜載荷作用下應力集中的程度，它只是一個應力比值，與材料無關(guān)，而與材料表面形狀有關(guān)。把棱角改為過度圓角，適當增大過渡圓弧的半徑，可以避免或減少應力集中。

三、影響因素：

截面尺寸改變越劇烈，應力集中系數(shù)越大。因此，日常用品上應盡量避免帶尖角的孔或槽，在每個部件之間要用圓弧過渡。應力集中不僅與物體直接受到的外力有關(guān)，也與外界應用環(huán)境也存在不可忽略的關(guān)系（如溫度因素），在溫度變化較快的季度時，有些玻璃會自行破裂，就是因為熱脹冷縮導致應力集中。

四、應用：

車窗鋼化琉璃被石子打出一個小裂紋，如果不管它就會越裂越大。如果把裂開處打一個圓孔，這個圓孔降低了應力集中系數(shù)，可以有效地防止裂紋變大。

相反，如果我們需要打碎琉璃，比如從汽車中逃生。就可以用尖銳的物體敲打它，使用該部門產(chǎn)成變銳的截面，產(chǎn)生應力集中。

五、如何避免：

1.避免尖角：即把棱角改為過度圓角，適當增大過渡圓弧的半徑，效果更好；

2.改善零件外形；曲率半徑逐步變化的外形有利于降低應力集中系數(shù)，比較理想的辦法是，采用流線型型線或雙曲率型線；

3.孔邊局部加強：在孔邊采用加強環(huán)或作局部加厚均可使應力集中系數(shù)下降，下降程度與孔的形狀和大小、加強環(huán)的形狀和大小以及載荷形式有關(guān)；

4.適當選擇開孔位置和方向：開孔的位置應盡量避開高應力區(qū)，并應避免因孔間相互影響而造成應力集中系數(shù)增高，對于橢圓孔，應使其長軸平行于外力的方向，這樣可降低峰值應力；

總結(jié)：

應力集中現(xiàn)象在生活中有利也有弊，為實現(xiàn)應力集中的利用與避免。通過相應實驗及計算選擇合適的材料，為避免應力集中造成構(gòu)件破壞，可采取消除尖角、改善構(gòu)件外形、局部加強孔邊以及提高材料表面光潔度等措施，為增大集中應力，可采對材料外形及加工方式加工部位進行合理地機械設計。