应力集中现象的特点和应对方法

等截面直杆受轴向拉伸或压缩时，横截面上的应力是均匀分布的。但在工程实际中，由于结构和工艺上的要求，经常会碰到一些截面尺寸发生突然变化的杆件，例如具有螺栓孔的钢板、带有螺纹的拉杆等。实验结果和理论分析表明，在杆件尺寸突然改变处的截面上，应力并不是均匀分布的。例如开有小圆孔或切口的板条[图3.11（a）、（b）]，受轴向拉伸时，在圆孔或切口附近的局部区域内，应力将剧烈增加，但在离开圆孔或切口稍远处应力就迅速降低且趋于均匀。这种因杆件外形突然变化，而引起局部应力急剧增大的现象，称为应力集中。

工程实际中，应力集中的程度用发生应力集中截面上的最大应力σmax与同一截面上的平均应力σnom的比值来表示，即

这一比值Ktσ称为理论应力集中因数，它反映了应力集中的程度。Ktσ是一个大于1的因数。实验结果表明截面尺寸改变得越急剧、角越尖、孔越小，应力集中的程度就越严重。因此，在构件上应尽可能地避免带尖角的孔和槽。(www.xing528.com)

图3.11

各种材料对应力集中的敏感程度并不相同。塑性材料制成的杆件受静载作用时，由于塑性材料有屈服阶段。当局部的最大应力达到屈服极限时，若荷载继续增加，则应力不增加，应变可继续增加，而所增加的荷载将由尚未屈服的材料来承担，如图3.11（c）所示，直至整个截面上各点处的应力都达到屈服极限时，构件才因屈服而丧失正常工作能力。因此，用塑性材料制成的杆件在静载作用下可以不考虑应力集中的影响。对于脆性材料或塑性较差的材料制成的杆件，当局部的最大应力σmax达到材料强度极限时，在该处首先产生裂纹，从而导致整个构件的破坏。因而，需考虑应力集中的影响，应以局部最大应力来进行强度计算。但是，脆性材料中的灰铸铁，其内部组织很不均匀，本身就存在气孔、杂质等引起应力集中的因素，因此构件外形改变所引起的应力集中的影响不明显，就可不考虑应力集中的影响。但是在动荷载作用下，不论是塑性材料还是脆性材料都应考虑应力集中的影响。