应力集中的应用与避免
避免应力集中的例子
避免应力集中的例子
应力集中是指在物体内部某个区域的应力值比周围区域的应力值大很多，这种差异会给物体带来很大的压力，很容易引起破坏或事故。
为了避免应力集中，我们可以采取一些措施，下面就介绍几个避免应力集中的例子。
1. 设计时考虑应力分布均匀
在产品的设计时，可以通过改变产品的几何形状或增加材料厚度等措施，让应力分布在整个产品上面变得均匀。
举个例子，在汽车制造业中，设计师在设计汽车的车身骨架时，会根据车身负荷的大小和位置，合理安排车身骨架的布局和加强件的形状、材料等，使得整个车身的应力分布变得更加均匀。
2. 加强材料强度
让物体内部的材料强度更加坚固是避免应力集中的另一种方法。
这种方法适用于那些不方便改变外形设计的物体，例如桥梁和飞机机身。
举个例子，在最初的钢铁桥梁设计中，由于钢铁材质限制，钢铁杆因应力集中容易断裂。
但是，随着钢铁材料的改良和强度的提高，现在制造的桥梁就可以通过增加钢筋等方法使钢铁杠变得更加坚固，从而减少应力集中的风险。
3. 优化焊接接头
焊接接头常常是应力集中的一大因素，因为焊接接头处材料的宽度和厚度偏小，容易形成应力集中。
优化焊接接头，可以采用适当的焊接形式或者增加焊接材料的厚度来减少应力集中。
举一个例子，飞机制造公司通过优化飞机机身焊接接头样式和焊接工艺，减少或消除了一些生产过程中焊接接头处的应力集中问题，提高了飞机的可靠性和安全性。
除了上述三种方法，还有其他的几个适用于不同领域的避免应力集中的措施，例如增加过渡半径、改变模具结构和材质等。
避免应力集中在许多领域都是必不可少的安全措施。
应力集中的概念及其避免措施
应力集中的概念及其避免措施现今社会，由于应力集中造成构件断裂，产生疲劳，对结构安全危害大。
了解应力集中，并找出其避免措施，对人们的生活具有重大的意义。
首先，先让我们了解一下应力与应力集中的概念，应力即受力物体截面上内力的集度，即单位面积上的内力。
公式记为σ=F/S(其中，σ表示应力；ΔFj表示在j 方向的施力；ΔAi表示在i 方向的受力面积)。
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。
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，增加的应力就由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。
材料力学应力集中知识点总结
材料力学应力集中知识点总结材料力学是研究材料的强度、刚度和稳定性等力学性能的科学。
在材料力学中，应力集中是一个重要的概念，指的是材料中某个区域的应力远高于周围区域的现象。
在实际工程中，应力集中会导致材料的破坏和失效。
本文将针对材料力学中的应力集中问题进行总结和探讨。
1. 应力集中的分类及原因(1) 平面应力集中：平面内某一点的应力值远大于其周围区域的现象。
(2) 空间应力集中：材料内部某一点的应力值远大于其周围区域的现象。
应力集中的原因主要有几个方面：几何形状、外界载荷和材料本身的性质。
2. 应力集中系数应力集中系数是衡量应力集中程度的参数。
对于某些典型几何形状，应力集中系数已有经验公式。
例如，对于圆孔应力集中系数为3，对于V形切口应力集中系数为2等。
3. Kt因子Kt因子是应力集中系数的一种常用形式，通过Kt因子可以计算出应力集中区域的应力。
Kt因子与几何形状和载荷有关。
常见的材料标准中往往给出了不同几何形状的Kt因子数值。
4. 应力集中的影响应力集中会导致材料的破坏和失效，主要表现为以下几个方面：(1) 应力集中引起的局部应力过大，可能导致材料发生塑性变形或断裂。
(2) 应力集中可能导致疲劳寿命的降低，引起疲劳断裂。
(3) 应力集中可能导致材料的强度和刚度下降，影响结构的稳定性。
5. 应力集中的改善措施为了减小或避免应力集中，可以采取以下的改善措施：(1) 合理设计和优化几何形状，避免出现应力集中的部位。
(2) 利用合适的材料，提高材料的强度和韧性，减少应力集中的影响。
(3) 在应力集中区域设置适当的补强措施，如添加加强结构或补强材料。
6. 数值模拟方法与应力集中数值模拟方法，如有限元分析，可以帮助工程师预测和分析应力集中问题。
通过数值模拟，可以获得应力集中区域的应力分布情况和应力集中系数，从而指导实际工程中的设计和改进。
总结：材料力学中的应力集中是一个重要而复杂的问题，在工程实践中具有重要的意义。
应力集中在生活中的应用和避免
应力集中在生活中的应用和避免作者：王玺来源：《新生代·上半月》2019年第03期【摘要】：应力集中影响材料及构件性能的主要因素之一，在生活和制造业中有广泛的应用和研究。
文章就应力集中的概念描述，程度描述，影响因素，及其在生活中的应用与避免做了阐述。
【关键词】：应力应力集中应力集中系数影响因素应用与避免一、应力和应力集中：应力：物体由于外因（受力、濕度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，单位面积上的内力称为应力。
应力是矢量，沿截面反向的分量称为正应力，沿切向的分量称为剪应力或切应力。
应力集中：因物体外形突然变化而引起的局部应力急剧增大的现象。
二、应力集中程度描述：应力集中系数K=σmax/σ净截面上的平均应力应力集中系数反映物体在静载荷作用下应力集中的程度，它只是一个应力比值，与材料无关，而与材料表面形状有关。
把棱角改为过度圆角，适当增大过渡圆弧的半径，可以避免或减少应力集中。
三、影响因素：截面尺寸改变越剧烈，应力集中系数越大。
因此，日常用品上应尽量避免带尖角的孔或槽，在每个部件之间要用圆弧过渡。
应力集中不仅与物体直接受到的外力有关，也与外界应用环境也存在不可忽略的关系（如温度因素），在温度变化较快的季度时，有些玻璃会自行破裂，就是因为热胀冷缩导致应力集中。
四、应用：车窗钢化琉璃被石子打出一个小裂纹，如果不管它就会越裂越大。
如果把裂开处打一个圆孔，这个圆孔降低了应力集中系数，可以有效地防止裂纹变大。
相反，如果我们需要打碎琉璃，比如从汽车中逃生。
就可以用尖锐的物体敲打它，使用该部门产成变锐的截面，产生应力集中。
五、如何避免：1.避免尖角：即把棱角改为过度圆角，适当增大过渡圆弧的半径，效果更好;2.改善零件外形;曲率半径逐步变化的外形有利于降低应力集中系数，比较理想的办法是，采用流线型型线或双曲率型线;3.孔边局部加强：在孔边采用加强环或作局部加厚均可使应力集中系数下降，下降程度与孔的形状和大小、加强环的形状和大小以及载荷形式有关;4.适当选择开孔位置和方向：开孔的位置应尽量避开高应力区，并应避免因孔间相互影响而造成应力集中系数增高，对于椭圆孔，应使其长轴平行于外力的方向，这样可降低峰值应力;总结：应力集中现象在生活中有利也有弊，为实现应力集中的利用与避免。
改进轴的结构,避免应力集中的方法
改进轴的结构,避免应力集中的方法改进轴的结构，避免应力集中引言在工程设计中，轴是一种常见的机械元件，用于传递动力和旋转运动。
然而，由于受到载荷和运转条件的限制，轴常常出现应力集中的问题，从而导致疲劳寿命降低或甚至发生断裂。
本文将介绍几种改进轴结构的方法，以避免应力集中，提高轴的可靠性。
方法一：圆角处理应力集中往往发生在轴的几何形状发生突变的地方，例如轴的连接部分或孔边缘。
通过在这些突变处加入适当的圆角，可以使应力分布更均匀，从而避免应力集中。
具体操作如下：•在连接部分或孔边缘的边缘处增加一定半径的圆角。
•圆角的半径应根据轴的材料和运转条件进行合理选择。
方法二：减小直径变化直径变化也是引起应力集中的重要原因之一。
为了减小直径的突变，可以采取以下措施：•在直径变化的区域添加渐进型的过渡段，使直径变化更加平滑。
•使用渐变直径的轴，如锥形轴，以减小直径的突变程度。
方法三：优化轴的材料和工艺合理选择轴的材料和制造工艺对于避免应力集中也具有重要意义。
以下是几种常用的优化方法：•选择具有较好机械性能和耐疲劳性能的材料，如高强度合金钢或不锈钢。
•通过热处理等方式改善轴的材料性能。
•精确控制轴的制造工艺，确保其尺寸和形状的精度。
方法四：采用填充材料填充材料是一种常用的改进轴结构的方法，可以有效减轻应力集中。
以下是两种常见的填充材料技术：•炉渣填充：在轴内部注入炉渣等材料，使轴的内部空洞被填满，减少应力集中。
•纤维增强填充：在轴的周围包覆纤维增强材料，增强轴的抗拉强度，提高轴的可靠性。
方法五：采用轴套轴套是另一种常用的改进轴结构的方法，它可以在轴与其他零件之间起到缓冲和分散应力的作用。
以下是两种常见的轴套技术：•滑动套：在轴上加装一个滑动套，使轴与其他零件之间形成缓冲层，减少应力集中。
•耐磨套：在轴的表面覆盖一层耐磨材料，防止轴与其他零件直接接触，减少应力集中。
结论通过采用上述改进轴结构的方法，可以有效避免应力集中，提高轴的可靠性和使用寿命。
简述应力集中现象
简述应力集中现象
应力集中现象是指在结构或材料中存在着局部应力异常增加的情况。
当一个结构中存在一个尖锐的几何特征，例如孔洞、缺陷、凸起等，会导致应力集中。
在这些几何特征附近，应力的分布会发生显著变化，导致局部应力值远高于结构其他区域。
应力集中现象可能会对结构或材料的性能产生负面影响，包括：
1.强度降低：应力集中区域的应力值较高，可能超过了材料
的强度极限，导致材料的破坏。
2.疲劳寿命降低：应力集中会导致结构或材料表面发生局部
应力集中，从而加剧了疲劳损伤的形成和扩展，降低了疲
劳寿命。
3.腐蚀和磨损加剧：应力集中区域容易在该处形成腐蚀或磨
损，由于局部应力集中，这些区域受到更大的力和压力，
从而导致更快的腐蚀和磨损。
4.结构刚度变化：应力集中会改变结构或材料的刚度，导致
整体刚度的不均匀分布。
为了减轻或避免应力集中现象，可以采取以下措施：
1.结构设计考虑：在结构或材料的设计过程中，应尽可能避
免出现尖锐的几何特征，如过渡半径的加大、孔洞的设计
和缺陷的修补等。
2.使用圆角或倒角：加工或设计结构时，采用合适的圆角或
倒角来减轻几何特征的尖锐度，减少应力集中。
3.使用梯度材料：选择具有梯度结构的材料，可以在某些区
域改变材料的性质，从而减轻应力集中。
4.加强材料：在应力集中区域附近加入补强材料，以增加该
区域的强度和韧性，减轻应力集中的影响。
综上所述，应力集中现象是指结构或材料中存在着局部应力异常增加的情况。
它可能导致结构或材料性能的降低和受损，需要在设计和制造过程中采取对应措施。
钢构件截面的应力集中现象
钢构件截面的应力集中现象钢构件截面的应力集中现象引言：钢构件作为现代建筑中常用的结构材料之一，其优越的强度和刚度使其广泛应用于桥梁、高层建筑、航天器等领域。
然而，钢构件在使用过程中会面临各种荷载，从而导致截面上应力的分布不均匀。
这种应力集中现象会对构件的强度和安全性产生负面影响，因此深入了解和研究钢构件截面的应力集中现象具有重要意义。
一、应力集中的定义和原因在钢构件的截面中，应力集中是指在受到外部荷载作用时，应力在局部区域会明显增加或集中的现象。
而引起应力集中的原因主要包括以下几个方面：1. 几何因素：钢构件截面的几何形状会对应力分布产生影响。
当截面形状存在突变或不规则时，容易导致应力集中的发生。
孔洞、缺陷等几何因素也是应力集中的主要原因之一。
2. 材料因素：钢构件的材料性质可以影响应力的分布情况。
不同的材料具有不同的强度和刚度特性，从而也会导致不同的应力集中现象。
材料的微观结构和缺陷也会对应力产生影响。
3. 荷载因素：外部荷载的大小和方向也是导致应力集中的重要因素。
当荷载过大或加载方式不合理时，会使得部分区域受到较大的应力，从而引发应力集中。
二、应力集中的影响和危害1. 强度降低：应力集中会导致构件内部应力集中在某一局部区域，从而使该区域的应力超过材料的强度极限，导致构件强度降低，甚至引发破坏。
2. 物理性能下降：应力集中区域的材料受到较大应力的作用，会导致材料的塑性变形增加，从而降低其刚度和变形能力。
3. 疲劳寿命减少：应力集中会使构件在循环荷载下易于发生疲劳破坏，导致其使用寿命减少。
4. 安全隐患：应力集中的存在会增加构件的失稳风险，对整个结构的安全性产生潜在威胁。
三、应对钢构件截面应力集中的方法为了提高钢构件的强度和安全性，我们可以采取以下方法来应对截面应力集中现象：1. 合理设计：在钢构件的设计过程中，应尽量避免构件截面存在几何形状的突变或不规则，以减小应力集中的发生概率。
合理选择构件的截面形状和尺寸，以保证应力分布均匀。
关于应力集中的概念及其避免措施的讨论
由于应力集中能使结构发生裂纹，甚至断裂，须采取措施，防止因应力集中而造成的 结构损坏，主要措施有：①改善结构外形，避免形状突变，尽可能开圆孔或椭圆孔；②结构 内必须开孔时，尽量避开高应力区，而在低应力区开孔；③根据孔边应力集中的分析成果进 行孔边局部加强。
2、实际工程中圆滑的角避免应力集中 在制作各种拉力工具时，拉脚的拐弯处应设圆角，这并不是为了美观，这是为了避免 应力集中。应力集中指由于受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起的局部范围内 内应力显著增大的现象。应力集中会造成构件的断裂。圆角的大小应根据工具的外形尺寸决 定，太大影响工具的效应，太小工具容易断裂损坏。对于常用的较小拉制工具，圆角半径在 2-3 毫米为佳，较大在 5 毫米左右。对于特殊形状的工具根据实际情况确定。但或大或小必 须留圆角。 参考文献： 1、《材料力学Ⅰ》 主编：刘鸿文 出版社：高等教育出版社 出版时间：2004-01 第四版 2、《材料力学Ⅱ》 主编：刘鸿文 出版社：高等教育出版社 出版时间：2004-01 第四版 3、《工程力学》 作者：王彪 出版社：中国科学技术大学出版社 4、《设计中的应力集中系数》 作者：R.E.彼德逊 出版社 ：中国工业出版社 出版时间：1965 年 05 月北京第 1 版 5、《建筑钢结构进展》 作者：澳门大学土木及环境工程系 中国澳门(郭伟明);香港理 工大学土木及结构工程系 中国香港(滕锦光;钟国辉) 出版时间：2007-03 6、王威,王社良,苏三庆,徐金兰 ;《钢铁材料结构构件 工作应力的检测方法及特点[J ]》; 《钢结构》;2004 年 05 期
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. 应力集中的应用与避免
姓名张帅
学号 ************
年级 2012
专业机械设计制造及其自动化
系（院）机械工程学院
指导教师徐淑琼
应力集中的应用与避免
摘要
应力集中是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。
应力集中会引起脆性材料断裂；使物体产生疲劳裂纹，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。
通过电测法、光弹性法、有限元法以及边界元法等实验手段测出物体的应力集中。
在日常生产生活中，可以通过相应实验及计算实现应力集中的利用与避免。
关键字:应力集中应力集中系数应力集中应用应力集中避免
引言
应力集中现象可以说是在日常生活中无处不见，有些工程需要消除集中应力，有些则需要增大集中应力。
应力集中是如何产生的？了解应力的产生是工程制造加工及生产生活中的重要部分。
通过相关设计，可以为生活提供许多方便，减少一些不必要的麻烦，还可以减少和避免很多不必要的伤害。
材料的不均匀及裂纹的存在，都可能导致应力集中。
小到零件制造（如齿轮加工）大到工程建设（如奥运会鸟巢建设）都要进行应力试验及计算。
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。
一、应力集中的概念及产生原因
应力即受力物体截面上内力的集度，即单位面积上的内力。
公式记为σ=F/S (其中，σ表示应力；
ΔFj 表示在j 方向的施
力；ΔAi 表示在i 方向的
受力面积)。
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（如右图）。
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。
二、应力集中的应用
1、现在许多食品都用塑料，商家将包装食品的塑料袋封口后，带的边缘处常做成锯齿形，或做出一个小缺口，在这些缺口和缝隙处撕塑料袋时，在缺口和缝隙的根部会由于应力集中产生很大的应力，因此稍一用力就可以把塑料袋沿缺口或缝隙撕开，如果塑料袋没有这样的缺口或切缝，要打开塑料袋，则多半要借用剪刀了。
2、应力集中在生活中的其他应用
划玻璃时先将玻璃置于一平整的、牢固的、有毛毡的台面上，沿将要下刀线路擦煤油,然后沿尺子将玻璃刀立直吃上劲儿一刀到头,再在刀划过处擦煤油，用刀沿刀痕均匀的从头至尾敲击玻璃。
将玻璃划痕紧贴于台面边缘，用力一掰即可齐齐扳断；撕布时先剪一小口,顺着这个小口轴线方向进行用力撕扯，就容易撕开；易拉罐开启部分的设计等等。
三、应力集中的避免
1、为什么发动机的汽缸体出现裂缝后，可用环氧树脂等粘接剂粘合？而且在粘合前，先在裂缝的两端钻一个小孔？
一般地说，杆件外形的骤变越是剧烈（及相邻截面的强度差越大），应
力集中的程度越是严重。
同时，应力集中是一种局部的应力骤增现象，如图1中具有小圆孔的均匀受拉平板，在孔边外最大应力约为平均应力的3倍，而据空稍远处，应力及趋于均匀。
而且，应力集中处不仅最大应力急剧增长，其应力状态也与无应力集中是不同。
假设在有一块长纸条，打出一小圆孔和切出一横向裂痕很明显在相同的受力情况下，裂痕先断裂，现在以裂痕两端为直径两端划与一号圆
等大的圆表示两个相同的区域，与一号圆相比二号圆的受力主要区别于裂痕两侧的受力，由于缺失一部分分子对裂痕的加大受力，使裂痕变得更加不稳定，相比之下圆则比较稳定。
因此工程师发现裂纹后，会现在裂纹的尖端打一个小孔，这样就大大的降低了裂纹两端的应力集中系数，阻止了裂纹的扩展，延长了发动机的使用寿命。
2、自行车内胎被刺破后，可用橡胶补块粘补。
补块一般剪成圆形或椭圆形，而非正方形，且补块的边缘剪成斜茬形（见图），下面（与内胎粘合面）宽，逐渐向上变窄。
补块的边缘剪成斜茬形是整个内胎平
滑降低应力集中应数，避免在运动中
由于应力集中避免补快脱落的情况。
3、实际工程中圆滑的角避免应力集中
在制作各种拉力工具时，拉脚的拐弯处应设圆角，这并不是为了美观，
这是为了避免应力集中。
应力集中指由于受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起的局部范围内内应力显著增大的现象。
应力集中会造成构件的断裂。
圆角的大小应根据工具的外形尺寸决定，太大影响工具的效应，太小工具容易断裂损坏。
对于
常用的较小拉制工具，圆角半径在
2-3毫米为佳，较大在5毫米左右。
对于特殊形状的工具根据实际情况
确定。
但或大或小必须留圆角。
四、总结：
应力集中现象在生活中有利也有弊，为实现应力集中的利用与避免，可通过相应实验及计算选择合适的材料。
为避免应力集中造成构件破坏，可采取消除尖角、改善构件外形、局部加强孔边以及提高材料表面光洁度等措施，避免形状突变，尽可能开圆孔或椭圆孔；根据孔边应力集中的分析成果进行孔边局部加强；另外还可对材料表面作喷丸、辊压、氧化等处理，以提高材料表面的疲劳强度。
为增大集中应力，可采对材料外形及加工方式加工部位进行合理地机械设计，通过相应实验及计算选择合适的材料，从而实现应力集中的利用与避免。
参考文献：
1、《设计中的应力集中系数》作者：R.E.彼德逊
2、《材料力学》作者：刘鸿文出版社：北京高等教育出版社
3、《应力集中的“善”与“恶”--------漫谈应力集中的利用和防治》作者：张义同(天津大学系，谢宇新天津300072) [D]
4、《设计中的应力集中系数》作者：R.E.彼德逊
出版社：中国工业出版社出版时间：1965年05月北京第1版
5、《建筑钢结构进展》作者：澳门大学土木及环境工程系中国澳门(郭伟明);香港理工大学土木及结构工程系中国香港(滕锦光;钟国辉) 出版时间：2007-03。