应力集中检测

应力集中检测

什么是应力?

当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变（Strain）。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力（Stress）。或物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力（Stress）。按照应力和应变的方向关系，可以将应力分为正应力σ和切应力τ，正应力的方向与应变方向平行，而切应力的方向与应变垂直。按照载荷（Load）作用的形式不同，应力又可以分为拉伸压缩应力、弯曲应力和扭转应力。

使材料产生扭转变形时所施加的力，单位N·m。在测材料的扭转刚度或扭转模量等力学量时，在以扭转方式测材料动态力学性能时，都需对试样施加扭力。特别在动态力学的许多测量仪器上，因为比较容易实现自由振荡或强迫振荡的扭力施加形式，所以采用是比较广泛的。如扭摆分析仪、扭辫分析仪、旋转流变仪等对试样都是施加的扭力。

所谓“扭力”就是一个物体所受到轴向扭转力与反作用力，常用扭力扳手来计量，单位是牛顿·米。常见的受扭力作用的物体有，螺杆螺母副传动轴等等。

所谓的「扭力」在物理学上应称为「扭矩」，因为以讹传讹的结果，大家都说成「扭力」，也就从此流传下来，为导正视听。扭矩的观念从小学时候的「杠杆原理」就说明过了，定义是「垂直方向的力乘上与旋转中心的距离」，公制单位为牛顿-米(N-m)，除以重力加速度9.8m/sec2之后，单位可换算成国人熟悉的公斤-米(kg-m)。英制单位则为磅-呎(lb-ft)，在美国车的型录上较为常见，若要转换成公制，只要将lb-ft的数字除以7.22即可。

什么是应力集中？

应力集中科技名词定义

中文名称：应力集中英文名称：stress concentration 定义1：结构或构件承受载荷时，在其形状与尺寸突变处所引起应力显著增大的现象。应用学科：船舶工程（一级学科）；船体结构、强度及振动（二级学科）定义2：受载零件或构件在形状、尺寸急剧变化的局部出现应力增大的现象。应用学科：机械工程（一级学科）；疲劳（二级学科）；疲劳一般名词（三级学科）定义3：物体在形状急剧变化处、有刚性约束处或集中力作用处，局部应力显著增高的现象。应用学科：水利科技（一级学科）；工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；工程力学（水利）（三级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布目录

简介

对构件强度的影响

详细介绍

简介

英文：stress concentration 应力集中是指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。

对构件强度的影响

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。

详细介绍

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（见材料力学性能）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伸情况下，其中圆孔边缘的k＝3；在弯曲情况下，对于不同的圆孔半径与板厚比值，k＝1.8～3.0；在扭转情况下，k＝1.6～4.0。1898年德国的G.基尔施首先得出圆孔附近应力集中的结果。1910年俄国的G.V.科洛索夫求出椭圆孔附近应力集中的公式。20世纪20年代末，苏联的N.I.穆斯赫利什维利等人把复变函数引入弹性力学，用保角变换把一个不规则分段光滑的曲线变换到单位圆上，导出复变函数的应力表达式及其边界条件，进而获得一批应力集中的精确解。各种实验手段的发展也很快，如电测法、光弹性法、散斑干涉法、云纹法等实验手段（见实验应力分析）均可测出物体的应力集中。近年来计算机和有限元法以及边界元法的迅速发展，为寻找应力集中的数值解开辟了新途径。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；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。

工程中常见的带有切口、油孔、螺纹等轴向受拉杆件易产生应力集中

应力集中—由于尺寸改变而产生的局部应力增大的现象

应力集中因数

显然α>1

为局部最大应力，σ0为名义应力

所谓的名义应力是指在不考虑应力集中的条件下得到的应力

当孔径d远小于杆的宽度a且杆在弹性范围内工作时，α＝3

应力集中因数α

注意

(1) 在构件上开孔、开槽时采用圆形、椭圆或带圆角的，避免或禁开方形及带尖角的孔槽，在截面改变处尽量采用光滑连接

(2) 可以利用应力集中达到构件较易断裂的目的

(3) 不同材料与受力情况对于应力集中的敏感程度不同

(a) 静载荷作用下

塑性材料所制成的构件对应力集中的敏感程度较小

脆性材料所制成的构件必须要考虑应力集中的影响

即当达时，该处首先产生破坏

(b)动载荷作用下

无论是塑性材料制成的构件还是脆性材料所制成的构件都必须要考虑应力集中的影响

交变应力与材料疲劳

交变应力：随时间做周期性循环变化的应力

交变应力的特点

1.交变应力下构件的强度远小于静载荷作用下的强度极限，甚至小于屈服极限

2.破坏时，不论是脆性材料还是塑性材料，均无明显的塑性变形，且为突然断裂，通常称疲劳破坏

疲劳寿命：材料在交变应力作用下产生疲劳破坏时所经历的应力循环次数，记作N，与材料承受的应力σ有关

当不超过某一极限值时，材料可以经受“无数次”应力循环而不发生破坏，此极限值称为无限寿命疲劳极限或持久极限,以表示

怎么减少应力集中？

塑料注塑成型内应力影响分析与消除方法研究

1 引言

注塑制品一个普遍存在的缺点是有内应力。内应力的存在不仅是制件在储存和使用中出现翘曲变形和开裂的重要原因，也是影响制件光学性能、电学性能、物理力学性能和表观质量的重要因素。因此找出各种成型因素对注塑制品内应力影响的规律性，以便采取有效措施减少制件的内应力，并使其在制件断面上尽可能均匀地分布，这对提高注塑制品的质量具有重要意义。特别是在制件使用条件下要承受热、有机溶剂和其他能加速制件开裂的腐蚀介质时，减少制件的内应力对保证其正常工作具有更加重要的意义。此外，掌握注塑制品内应力的消除方法和测试方法也很有必要。2 内应力的种类

高分子材料在成型过程中形成的不平衡构象，在成型之后不能立即恢复到与环境条件相适应的平衡构象，是注塑制品存在内应力的主要原因。另外，外力使制件产生强迫高弹形变也会在其中形成内应力。根据起因不同，通常认为热塑性塑料注塑制件中主要存在着四种不同形式的内应力。对注塑制件力学性能影响最大的是取向应力和体积温度应力。

2.1 取向应力

高分子取向使制件内存在着未松弛的高弹形变，主要集中在表层和浇口的附近，使这些地方存在着较大的取向应力，用退火的方法可以消除制件的取向应力。试验表明，提高加工温度和模具温度、降低注射压力和注射速度、缩短注射时间和保压时间都能在不同程度上使制件的取向应力减小。

2.2 体积温度应力

体积温度应力是制件冷却时不均匀收缩引起的。因内外收缩不均而产生的体积温度应力主要靠减少制件内外层冷却降温速率的差别来降低。这可以通过提高模具温度、降低加工温度来达到。

加工结晶塑料制件时，常常因各部分结晶结构和结晶度不等而出现结晶应力。模具温度是影响结晶过程的最主要的工艺因素，降低模具温度可以降低结晶应力。

带金属嵌件的塑件成型时，嵌件周围的料层由于两种材料线膨胀系数不等而出现收缩应力，可通过预热嵌件降低应力。

这两种内应力主要是由于收缩不均而产生的，也属于体积温度应力。

2.3 与制件体积不平衡有关的应力

高分子在模腔内凝固时，甚至在极其缓慢的条件下要使制件在脱模后立即达到其平衡体积，