汽车维修钣金工：应力集中的影响及强度计算

应力集中在工程上会起到很多破坏作用。大到各种大型框架结构的垮塌，小至各种日常用品的开裂损坏。工程设计中比较难的就是应力集中处的应力处理。所谓应力集中，就是由于机械某零部件设计的形状突变或结构不合理等诸多原因，造成框架结构或机械零件正常工作时出现破坏。特别是交变应力场合的损害，尤为明显。

我们知道，在等截面直杆受轴向拉伸或压缩作用时，横截面上的应力是均匀分布的，但是由于实际需要有些零件有切口、切槽、油孔、螺纹和带有过渡圆角的轴肩等，致使这些部位上截面尺寸发生突然的改变，截面尺寸发生突然改变的部位截面上的应力并不是均匀分布的，如开有圆孔和带有切口槽附近的局部区域内，应力数值剧烈增加，而在离开这一区域稍远的地方，应力迅速降低而趋于平均，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，如图6-5所示。

图6-5 应力集中

减少应力集中的方法和措施如下：

1）进行结构设计时，在零件上应尽可能避免带夹角的孔和槽，阶梯轴和凸肩处要用圆弧过渡，并且在结构允许的范围内尽可能地使过渡圆弧的半径稍大一点。(www.xing528.com)

2）尽量选用对应力集中敏感程度不高的材料，即使是塑性材料，由于塑性材料有一个屈服阶段，当局部的最大应力σ_max到达局部极限[σ]（材料许用应力）时，该处材料的变形可以继续增长而应力数值不再增加，如外力继续增大时，增加的力就由其他尚未屈服的材料来承担，使其他点的应力相继增大到屈服极限，如图6-6所示。这样就使界面上的应力趋于平均，降低了应力不均匀的程度。因此，用塑性材料制成的零件处于静载荷作用下时可以不考虑应力集中的影响。

图6-6 塑性材料应力集中不敏感

在静载荷作用下，应力集中对构件强度的影响随材料的性能不同而异。用塑性材料制成的构件，在载荷作用下的强度计算可以不考虑应力集中的影响。而对于脆性材料，由于其没有屈服阶段，当应力集中处的σ_max达到材料的强度极限时，将引起局部断裂，大大降低构件的承载能力。所以在进行强度计算时，必须考虑应力集中的影响。在交变应力作用下，应力集中对各种材料的强度都有较大的影响。