材力论文_应力集中.doc

关于避免应力集中和消除建筑钢结构中残余应力的一些讨论一、避免应力集中: 1 、应力集中现象及概念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。对于由脆性材料制成的构件,应力集中现象将一直保持到最大局部应力到达强度极限之前。因此,在设计脆性材料构件时,应考虑应力集中的影响。对于由塑性材料制成的构件, 应力集中对其在静载荷作用下的强度则几乎无影响。所以, 在研究塑性材料构件的静强度问题时,通常不考虑应力集中的影响。承受轴向拉伸、压缩的构件, 只有在寓加力区域稍远且横截面尺寸又无剧烈变化的区域内,横截面上的应力才是均匀分布的。然而实际工程构件中,有些零件常存在切口、切槽、油孔、螺纹等,致使这些部位上的截面尺寸发生突然变化。如开有圆孔和带有切口的板条, 当其受轴向拉伸时, 在圆孔和切口附近的局部区域内, 应力的数值剧烈增加, 而在离开这一区域稍远的地方, 应力迅速降低而趋于均匀。这时, 横截面上的应力不再均匀分布, 这已为理论和实验证实。图 2-31 图 2-32 在静荷载作用下,各种材料对应力集中的敏感程度是不同的。像低碳钢那样的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, 增加的应力就有截面上尚未屈服的材料所承担, 是截面上其他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,如图 2-32 所示。因此,用塑性材料制作的零件, 在静载荷作用下可以不考虑应力集中的影响。而对于组织均匀的脆性材料, 因材料不存在屈服, 当孔边最大应力的值达到材料的强度极限时, 该处首先断裂。因此用脆性材料制作的零件, 应力集中将大大降低构件的强度, 其危害是严重的。这样, 即使在静载荷作用下一般也应该考虑应力集中对材料承载能力的影响。然而, 对于组织不均匀的脆性材料, 如铸铁, 其内部组织的不均匀性和缺陷, 往往是产生应力集中的主要因素, 而截面形状改变引起的应力集中就可能成为次要的了, 它对于构件的承载能力不一定会造成明显的问题。 2 、现实中避免应力集中的一些方法(1) 包装结构设计中,应力集中避免与利用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大的现象。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。弹性力学中的一类问题,应力在固体局部区域内显著增高的现象。多出现于尖角、孔洞、缺口、沟槽以及有刚性约束处及其邻域。应力集中会引起脆性材料断裂; 使物体产生疲劳裂纹。在应力集中区域,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。局部增高的应力值随与峰值应力点的间距的增加而迅速衰减。由于峰值应力往往超过屈服极限而造成应力的重新分配,所以,实际的峰值应力常低于按弹性力学计算出的理论峰值应力。反映局部应力增高程度的参数称为应力集中系数 k, 它是峰值应力与不考虑应力集中时的应力的比值,恒大于 1 且与载荷大小无关。在无限大平板的单向拉