應(yīng)力集中在生活中的應(yīng)用和避免

王璽 江蘇市江陰市第一高級(jí)中學(xué) 高三（5） 江蘇江陰 214431

一、應(yīng)力和應(yīng)力集中：

應(yīng)力：物體由于外因（受力、濕度、溫度場(chǎng)變化等）而變形時(shí)，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(yīng)力。應(yīng)力是矢量，沿截面反向的分量稱為正應(yīng)力，沿切向的分量稱為剪應(yīng)力或切應(yīng)力。

應(yīng)力集中：因物體外形突然變化而引起的局部應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象。

二、應(yīng)力集中程度描述：

應(yīng)力集中系數(shù)K=σmax/σ凈截面上的平均應(yīng)力

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

三、影響因素：

截面尺寸改變?cè)絼×遥瑧?yīng)力集中系數(shù)越大。因此，日常用品上應(yīng)盡量避免帶尖角的孔或槽，在每個(gè)部件之間要用圓弧過(guò)渡。應(yīng)力集中不僅與物體直接受到的外力有關(guān)，也與外界應(yīng)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(shí)，有些玻璃會(huì)自行破裂，就是因?yàn)闊崦浝淇s導(dǎo)致應(yīng)力集中。

四、應(yīng)用：

車窗鋼化琉璃被石子打出一個(gè)小裂紋，如果不管它就會(huì)越裂越大。如果把裂開(kāi)處打一個(gè)圓孔，這個(gè)圓孔降低了應(yīng)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(mén)產(chǎn)成變銳的截面，產(chǎn)生應(yīng)力集中。

五、如何避免：

1.避免尖角：即把棱角改為過(guò)度圓角，適當(dāng)增大過(guò)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(yīng)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(qiáng)：在孔邊采用加強(qiáng)環(huán)或作局部加厚均可使應(yīng)力集中系數(shù)下降，下降程度與孔的形狀和大小、加強(qiáng)環(huán)的形狀和大小以及載荷形式有關(guān)；

4.適當(dāng)選擇開(kāi)孔位置和方向：開(kāi)孔的位置應(yīng)盡量避開(kāi)高應(yīng)力區(qū)，并應(yīng)避免因孔間相互影響而造成應(yīng)力集中系數(shù)增高，對(duì)于橢圓孔，應(yīng)使其長(zhǎng)軸平行于外力的方向，這樣可降低峰值應(yīng)力；

總結(jié)：

應(yīng)力集中現(xiàn)象在生活中有利也有弊，為實(shí)現(xiàn)應(yīng)力集中的利用與避免。通過(guò)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)及計(jì)算選擇合適的材料，為避免應(yīng)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(qiáng)孔邊以及提高材料表面光潔度等措施，為增大集中應(yīng)力，可采對(duì)材料外形及加工方式加工部位進(jìn)行合理地機(jī)械設(shè)計(jì)。