Stressin keskittyminen

Jännityskeskittymä on ilmiö lisääntyneiden paikallisten jännitysten esiintymisestä elastisen kappaleen muodon terävien muutosten alueilla sekä osien kosketusalueilla. Avaruuden aluetta, jossa nämä jännitykset esiintyvät, kutsutaan jännityskeskittimeksi .

Tutkimus stressin keskittymisestä

Jännityspitoisuutta luonnehtii teoreettinen jännityskeskittymiskerroin - napa-alueen maksimijännityksen suhde nimellisjännitteeseen (laskettu olettaen, että napaa ei ole): $\sigma$ $\sigma _{n}$

${\displaystyle k={\frac {\sigma }{\sigma _{n))))$

Klassinen esimerkki jännityskeskittymisestä on Kirschin ongelma leveän nauhan tasaisesta jännityksestä, jossa on pieni reikä keskellä. Analyyttinen laskelma osoittaa, että jännityspitoisuuskerroin tässä tapauksessa on 3.

Kerroin voidaan määrittää analyyttisillä, numeerisilla menetelmillä (esimerkiksi elementtimenetelmällä ), kokeellisesti (käyttäen fotoelastisuusmenetelmiä , hauraita pinnoitteita). Nykyaikaisissa elementtikomplekseissa ( ANSYS , Nastran , Abaqus , SolidWorks Simulation ) jännityskeskittimien tutkimus voidaan suorittaa elementtiverkon paksunnuksella tai erikoismenetelmillä ( alimallinnus , superelementtien luominen rakenneosista , jotka eivät ole alttiita jännityskeskittymiselle ) .

Teoreettinen kerroin kuvaa vain kappaleen geometrian ja kuormitustavan vaikutusta teoreettiseen jännitykseen, mutta ei ota huomioon itse materiaalin herkkyyttä keskittymiselle. Tämä arvo ei välttämättä kuvaa riittävästi lujuuden heikkenemistä rikastimen läsnä ollessa. Käytännössä väsymystä laskettaessa otetaan käyttöön tehokkaan jännityskeskittymiskertoimen käsite - osan kestävyysrajojen suhde ilman keskittimellä ja keskittimellä : $\sigma _{-1}$ ${\displaystyle \sigma _{-1k))$

${\displaystyle K_{\sigma D}={\frac {\sigma _{-1)){\sigma _{-1k))))$

Ottaen huomioon erilaiset väsymislujuuteen vaikuttavat tekijät, kerroin lasketaan seuraavasti:

$K_{\sigma D}={\frac {{\frac {K_{\sigma }}{K_{d\sigma }}}+{\frac {1}{K_{F\sigma }}}- 1}{K_{V}}}$

missä

${\displaystyle K_{\sigma ))$ on tehokas jännityskeskittymiskerroin, joka ottaa huomioon makroskooppisten keskittimien vaikutuksen;
${\displaystyle K_{d\sigma ))$ - mittakaavatekijä (ottaa huomioon osan koon vaikutuksen);
${\displaystyle K_{F\sigma ))$ — pinnan laadun vaikutuskerroin;
$K_{V}$ on pinnan kovettumisen vaikutuskerroin.

Vaikutus rakenteelliseen lujuuteen

Jännityskeskittymä voi vaikuttaa lujuuteen eri tavoin kuormituksen luonteesta riippuen:

Staattinen kuormitus - paikallisten jännitysten vaikutus lujuuteen on pieni. Myötölujuuden tai jopa vetolujuuden merkittävästi ylittävien jännitysten esiintyminen voi johtaa materiaalin paikalliseen juoksevuuteen, mutta edellytyksiä sen etenemiselle ja halkeamien kasvulle ei luoda. Nämä määräykset on tiivistetty yhdessä muotoaan muuttavan kiinteän kappaleen mekaniikan pääperiaatteissa - Saint-Venantin periaatteessa .
Syklinen kuormitus - jännityskeskittymä on yksi tärkeimmistä lujuuden heikkenemiseen johtavista tekijöistä. Suotuisimmat olosuhteet halkeamien kasvulle luodaan jännityskeskittymisvyöhykkeillä.

Stressin keskittymisen kielteisten vaikutusten torjumiseksi käytetään seuraavia menetelmiä:

Suunnittelun muutos (palojen, fileiden purkaminen).
Materiaalin pintakovettuminen keskittymisvyöhykkeellä. Käytetään lämpökäsittelyä ( karkaisu suurtaajuisilla virroilla , nitraus ), painekäsittelyä ( pyällys telalla , haulipuhaltaminen ).
Tarkka pintakäsittely vähentää jännityspitoisuutta mikrokarheuksissa ( hionta , sorvaus ).

Stressin keskittyminen oli syynä massiivisiin onnettomuuksiin maailman ensimmäisessä kaupallisessa suihkukoneessa, Cometissa . Tämän lentokoneen ikkunat olivat neliön muotoisia, mikä suotuisasti jännityskeskittymään kulmissa, ja niitä pitävät niitit asennettiin liian usein, mikä vaikutti halkeamien nopeaan leviämiseen.

Esimerkkejä jännityskeskittimistä tekniikassa

Urat (esimerkiksi kierteitetyt )
terävät kulmat
Häiriöliitännät
Kiilaurat
Akselien halkaisijaltaan erilaisten osien väliset siirtymät
reikiä
Hitsaukset
Pintaviat

Katso myös

Muistiinpanot

Kirjallisuus

Feodosiev V.I. Materiaalien kestävyys. - M . : Kustantaja MSTU im. N. E. Bauman , 1999. - 592 s. — (Mekaniikka teknillisessä yliopistossa).

Linkit

Savin G.N., Savchenko V.I. Fyysinen tietosanakirja : [5 osana] / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Laatutekijä - Magneto-optiikka. - 704 s. - 100 000 kappaletta. — ISBN 5-85270-061-4 .
Stressin keskittyminen - artikkeli Great Soviet Encyclopediasta .
Mike Busch. When Metal Lets Us Down // CESSNA PILOTS ASSOCIATION -lehti. – 1999.
EBI - Medical Glossary (linkki alas) (linkki alas 27.5.2014 [3075 päivää])
Igor Kokcharov. Rakenteellisen eheyden analyysi .