应力集中

理论应力集中系数只与结构形式、尺寸精度有关，因此应尽量不影响零件的工作和工艺要求的前提下，改变零件的局部几何形状，来降低理论应力集中系数，也叫尺寸系数。

降低措施主要有以下几种：
第一、改善机械零件的几何形状
1.避免使用尖角，使用圆角，但要考虑加大圆角半径的限度，不能过大，否则会产
生害处，圆弧过长也不好。

2.加卸载槽，并适当提高局部刚度。

车轴、十字轴都可以使用。

在与车轴配合的齿轮、车轮等工作时，由于车轴受扭矩的作用，因而在轮毂与车轴接触部分产生根大的接触应力。

在实践中，由于这种缘故，除了车轴产生疲劳断裂外，特别是接触部分的疲劳腐蚀也大大加快。

为避免这种情况，有时在轮毂面上，这不仅可以降低轮毂扭转接触端B的集中压力，形成较均匀的压力分布，而且可以轮毂圆周部A点的应力集中系数，从而可以提高轴和轮毂两者的疲劳强度。

但轮毂的刚度会受到一定损失。

为保持刚度不变，必须加大轮毂的厚度t.
图1.轮毂轴设计
3.采用流线型型线
有时在凹口、圆角等部分，不用圆弧，而采用降低应力集中系数的特殊的曲线形状更为有利。

如图2a所示的圆角，
图2b的凹口，为避免其底部A点的最大应力，可将A点的曲率半径取得大些，而在凹口的两侧使曲率半径依次减小。

这些都是为了沿应力增大的边界使正应力恒定而寻求适当的边界形状。

在圆角部分，一般认为内部产生的应力比边界上的最大应力还要小，所以只要研究边界应力就可以了。

在工程实践中往往利用顺次变化曲率半径（stream line fillet）以降低应力集中系数。

4.采用双曲率型线
5.适当采用椭圆孔和类椭圆孔
第二、适当选择开孔（应力集中因素）的位置
结构性能上理想的位置并且是避免应力集中最理想的位置，来统筹兼顾选出最佳形状。

当应力集中因素的尺寸与物体大小相比不小的情况下，由于应力集中因素的存在会使物体的基本应力分布变化，所以此时必须慎重的考虑应力集中。

而当应力集中因素的尺寸比物体明显的小时，物体的基本应力分布不会由于应力集中因素的存在而发生很大的变化。

对应力集中的位置，必须考虑两个基本原则：
(1)选择开在物体应力低的部位；
(2)应力集中因素的存在不会导致与物体的相互干扰而引起的应力上升。

a.物体的应力分布
应努力避免将圆孔、凹口等应力集中因素配置在梁或轴的最大弯矩位置附近。

b.应力集中因素与物体表面的干扰
第三、根据载荷情况选择适当的开孔方向
应避免将椭圆孔或长孔的长轴配置在垂直与拉伸或压缩应力的方向上，尽量平行。

第四、孔边局部加强
图3
在平板上开一小圆孔，单向拉伸，应力集中系数偏大，接近3.如果在圆孔周围焊上一个加
强环，便可将应力集中系数将下来，虽然其结构与圆孔直径，加强环的外径，以及加强环的厚度有关（厚度加大，系数降低）。

图4
第五、在应力集中附近的低应力部位增开缺口或圆孔
图5
第六、采用“消去法”
为了降低应力集中系数，在机械工程中经常采用“消去法”，即在应力集中区域附近（如在孔或缺口的附近）“消去”一定厚度的材料，这样被消去部位的刚度降低，“负担”增加，则可以分担高应力区的一部分“荷载”而是应力集中系数降低。

减小了切削部分的刚度，分散了集中在应力集中区附近的主应力线。

也就是说剩余厚度越小，越有效。

第七、焊补法
当圆孔和凹口不需要时，用焊补法将其填补起来，以消除应力集中根源。

第八、预应力法
正式加载以前，预先加静载使之过载，亦即使结构的一部分或大部分产生超过屈服极限的应力，卸掉载荷后，便产生残余应力。

称预应力法。

它与结构和载荷情况有关，例如表面挤压硬化法（由于受内压的圆筒）、拉伸法、弯曲法、扭转法（用于圆孔、凹口等应力集中因素的板或杆的拉伸、弯曲、扭转）、超速转动法（用于旋转物体）。

还可利用材料的常温塑性变形来提高屈服极限以降低应力集中的影响。