Stressz koncentráció

A feszültségkoncentráció a megnövekedett helyi feszültségek előfordulása a rugalmas test alakjának éles változásaiban, valamint az alkatrészek érintkezési területein. A tér azon tartományát, amelyben ezek a feszültségek fellépnek, feszültségkoncentrátornak nevezzük .

A stresszkoncentráció tanulmányozása

A feszültségkoncentrációt egy elméleti feszültségkoncentrációs tényező jellemzi - az agy területének maximális feszültségének a névleges feszültséghez viszonyított aránya (agy nincs agy): $\sigma$ $\sigma _{n}$

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

A feszültségkoncentráció klasszikus példája a Kirsch-probléma , amely egy széles szalag egyenletes feszítésére vonatkozik, kis lyukkal a közepén. Egy analitikus számítás azt mutatja, hogy a feszültségkoncentrációs tényező ebben az esetben 3.

Az együttható meghatározható analitikai, numerikus módszerekkel (például végeselemes módszerrel ), kísérletileg ( fotoelaszticitási módszerekkel , rideg bevonatokkal). A modern végeselemes komplexekben ( ANSYS , Nastran , Abaqus , SolidWorks Simulation ) a feszültségkoncentrátorok vizsgálata végezhető végeselemes hálósűrítéssel vagy speciális módszerekkel ( almodellezés , szuperelemek létrehozása olyan szerkezeti részekből , amelyek nem ki vannak téve feszültségkoncentrációnak ) .

Az elméleti együttható csak az alkatrész geometriájának és a terhelési módszernek az elméleti feszültségre gyakorolt hatását írja le, de nem veszi figyelembe magának az anyagnak a koncentrációra való érzékenységét. Ez az érték nem feltétlenül írja le megfelelően a szilárdság csökkenését koncentrátor jelenlétében. A gyakorlatban a kifáradás kiszámításakor bevezetik az effektív feszültségkoncentrációs tényező fogalmát - egy koncentrátor nélküli és koncentrátoros alkatrész tartóssági határainak arányát : $\sigma _{-1}$ ${\displaystyle \sigma _{-1k))$

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

Figyelembe véve a fáradási szilárdságot befolyásoló különféle tényezőket, az együtthatót a következőképpen számítják ki:

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

ahol

${\displaystyle K_{\sigma ))$ az effektív feszültségkoncentrációs tényező, amely figyelembe veszi a makroszkopikus koncentrátorok hatását;
${\displaystyle K_{d\sigma ))$ - léptéktényező (figyelembe veszi az alkatrész méretének befolyását);
${\displaystyle K_{F\sigma ))$ — a felületminőség befolyásolási együtthatója;
$K_{V}$ a felületi keményedés befolyási együtthatója.

A szerkezeti szilárdságra gyakorolt hatás

A feszültségkoncentráció a terhelés jellegétől függően különböző módon befolyásolhatja a szilárdságot:

Statikus terhelés - a helyi feszültségek hatása a szilárdságra kicsi. A folyáshatárt vagy akár a szakítószilárdságot jelentősen meghaladó feszültségek kialakulása az anyag lokális folyékonyságához vezethet, de terjedésének, repedésnövekedésének feltételei nem teremtődnek meg. Ezeket a rendelkezéseket a deformálható szilárd test mechanikájának egyik kulcsfontosságú alapelve foglalja össze – Saint-Venant elve .
Ciklikus terhelés - a feszültségkoncentráció az egyik fő tényező, amely a szilárdság csökkenéséhez vezet. A repedések növekedésének legkedvezőbb feltételei a feszültségkoncentrációs zónákban jönnek létre.

A stresszkoncentráció negatív hatásainak leküzdésére a következő módszereket alkalmazzák:

Tervezésváltás (szeletek, filé kirakása).
Az anyag felületi keményedése a koncentrációs zónában. Hőkezelést ( keményítés nagyfrekvenciás árammal , nitridálás ) , nyomáskezelést ( hengerrel való recézés , sörétezés ) alkalmazunk .
Precíz felületkezelés a feszültségkoncentráció csökkentése érdekében a mikroérdességeknél ( csiszolás , esztergálás ).

A stresszkoncentráció okozta a világ első kereskedelmi sugárhajtású repülőgépének, a Cometnek a súlyos baleseteit . Ennek a repülőgépnek az ablakai négyzet alakúak voltak, ami elősegítette a feszültségkoncentrációt a sarkokban, és az őket tartó szegecseket túl gyakran szerelték fel, ami hozzájárult a repedések gyors terjedéséhez.

Példák a feszültségkoncentrátorokra a mérnöki szakban

Hornyok (például menetes )
éles sarkok
Interferencia csatlakozások
Kulcshornyok
Átmenetek a különböző átmérőjű szakaszok között a tengelyeken
lyukakat
Hegesztések
Felületi hibák

Lásd még

Jegyzetek

Irodalom

Feodosiev V.I. Anyagellenállás . - M . : MSTU kiadó im. N. E. Bauman , 1999. - 592 p. — (Mechanika a Műegyetemen).

Linkek

Savin G.N., Savchenko V.I. Fizikai enciklopédia : [5 kötetben] / Ch. szerk. A. M. Prohorov . - M . : Szovjet Enciklopédia , 1990. - T. 2: Minőségi tényező - Magneto-optika. - 704 p. — 100.000 példány. — ISBN 5-85270-061-4 .
Stresszkoncentráció – cikk a Great Soviet Encyclopedia- ból .
Mike Busch. When Metal Lets Us Down // CESSNA PILOTS ASOCIATION magazin. – 1999.
EBI – Medical Glossary (link le) (link le 2014.05.27. óta [3075 nap])
Igor Kokcsarov. Strukturális integritás elemzése .