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简述应力集中的概念

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应力集中,简言之,是物体内部应力在特定区域显著升高的现象,主要源于形状突变、孔洞、沟槽和约束等不连续性。这种集中会显著增加脆性材料零件的疲劳裂纹风险,甚至在静载下引发断裂。对于脆性材料,应力集中的影响至关重要,设计时必须充分考虑。然而,塑性材料在静载荷下的强度几乎不受应力集中影响,因此在研究这类材料时,通常无需过多关注。

应力集中的根源在于物体的不连续性,包括几何形状、材料性质和加载方式。为了防止因应力集中导致的破坏,工程师们采取了多种策略:如通过表面强化处理提高材料表面的疲劳强度;通过圆角设计而非尖角减少应力集中;通过渐变曲率或流线型设计降低应力集中系数;在孔边加强或局部增厚也能减轻应力集中;选择开孔位置和方向时,应避免高应力区域并优化孔的形状和布局。

为了提高整体结构的稳定性和耐久性,工程实践着重于通过这些方法来控制和缓解应力集中,确保材料和构件在实际应用中能承受预期的负载,而不致因应力过高而发生失效。