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解决应力集中

前面的分析表明，在尺寸突变处，如果没有采用圆角过渡，会导

致有限元分析中应力无限增大。

实际上，在结构设计中，为了降低应力集中因素，有一些基本的

设计法则，简述如下：

1.修改形状

（1）圆角

在构件中绝对禁止出现尖锐转角。因为由理论分析可知，当圆角

的曲率半径趋向零时，其应力集中系数趋向无穷大。用圆角代替尖锐

转角，能有效缓和应力集中。下面是工程上应用圆角的例子。

（2）流线型

对于变截面的受拉杆件或受压杆件，如果采用流线型过渡，可以

使得构件应力均匀，从而避免应力集中。

（3）椭圆孔

在保证构件正常工作的前提下，把圆孔变成椭圆孔，往往能提高

构件的强度。

2.适当选择应力集中因素的位置

（1）应力集中因素应该选择在应力低的部位

图（a）中，不要把孔放在弯矩最大的截面上；图（b）中，不要

把孔放在靠近边缘的地方。

（2）要考虑是否有母体之间发生相互干涉，导致应力上升

随着孔距离边沿越来越近，应力集中会加剧。

3.适当选择应力集中因素的方向

如下图，三种长孔的情况，最底下一种应力集中系数最大，尽量

不要采用这种方式。而最上面的情况则应力集中系数最小。

4.附加应力集中因素

如下图，在左边的结构上进行改进，右边的结构增加了一个孔，

其应力集中系数反而降低。

5.表面削去法

如下图，在孔的上下两边挖去一定厚度的材料，会降低这部分的

刚度，以达到缓和应力集中的目的。这些图中，最后一种情况应力集

中系数最小。

6.填充法

在圆孔内插入一根棒，也可以降低圆孔处的应力集中。