应力集中的在生活中利用与避免.doc

应力集中在生活中的利用与避免 作者：谢子豪1206013022 梅再鹏1206013020 张尧尧1206013021 指导老师：赵扬 摘要 这种由于截面尺寸突然改变而引起的应力局部增大的现象称为应力集中.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. 关键词 应力集中 应力集中系数 应力集中应用 应力集中避免 引言 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。布点的售货员，在扯布前，要先剪一个小口子，也是为了在扯布时造成应力集中。 应力的定义 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，这种形变就称为应变（Strain）。材料发生形变时其内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，把分布内力在一点的集度称为应力（Stress） 应力定义为“单位HYPERLINK /view/898.htm面积上所承受的附加内力”。 公式记为σ=ΔFj/ΔAi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。 应力集中的概念 如下图所示的带圆孔的板条，使其承受轴向拉伸。由试验结果可知 : 在圆孔附近的局部区域内，应力急剧增大，而在离开这一区域稍远处，应力迅速减小而趋于均匀。这种由于截面尺寸突然改变而引起的应力局部增大的现象称为应力集中。在 I — I 截面上，孔边最大应力与同一截面上的平均应力 之比，用K 表示 理论应力集中因数 K=/ K反映了应力集中的程度，是一个大于 1 的系数。而且试验结果还表明 : 截面尺寸改变愈剧烈、角越尖、孔越小、应力集中系数就愈大。因此，零件上应尽量避免带尖角的孔或槽，在阶梯杆截面的突变处要用圆弧过渡。 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 应力集中不仅与物体的形状及外形结构有关，还与选取材料有关，与外界应用环境也存在不可忽略的关系（如温度因素），另外，在加工过程中也可能导致应力的改变，例如回火不当引起二次淬火裂纹、电火花线切割加工显微裂纹、机械设计时也难免导致某部位的应力集中。这就需要设计人员综合考虑各个方面因素进行设计，应用应力集中知识造福人类，让生活更美好。 日常生活中的应用 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。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。 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。 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。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，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。 参考文献：《材料力学》 作者：刘鸿文 出版社：北京高等教育出版社 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