机械设计中应力集中的影响和消减措施

在机械设计中应力集中是指金属零件中应力局部增高的现象，一般出现在零件形状急剧变化的地方，如缺口、孔洞、沟槽以及有刚性约束处。应力集中能使零件产生疲劳裂纹，也能使脆性材料制成的零件发生静载断裂。在应力集中处，应力的最大值（峰值应力）与零件的几何形状和加载方式等因素有关。局部增高的应力随与峰值应力点的间距的增加而迅速衰减。

下面我们看一个例子，一块金属板，中间有一个圆孔，在受到拉力的情况下，看看圆孔周围的应力分布。根据弹性力学的理论计算，应力峰值出现在圆孔边缘，随着距峰值点距离的增加，应力明显降低。

1>.利用有限元方法分析圆孔周围的应力分布情况，在完全弹性属性情况下，应力分布如下图，

为了更直观地了解圆孔周围应力分布规律，我们将沿圆孔中心线截面的应力提取，绘制如下曲线，0点位金属块边缘，应力最高点为圆孔边缘应力最高点。

靠近应圆孔边缘应力云图局部放大

2>实际上技术材料应力达到屈服强度以后继续拉伸的话，就不是弹性阶段了，而是进入可塑性阶段，材料属性就是非线性的了，下面的计算结果是根据材料的特性，做的材料非线性有限元分析结果。

由应力分布曲线可以看出，当拉应力大于材料屈服强度时，应力集中峰点位置材料发生塑性变形，应力集中位置附近的应力重新分配，发生塑性变形区域的应力值趋于相等。

应力集中的影响

脆性材料没有屈服阶段,当载荷增加时,应力集中处的一路领先,首先达到,该处将首先产生裂纹,应力集中的危害严重,即使在静载下也要考虑,但是铸铁其内部的不均匀和缺陷往往是产生应力集中的主要因素。

对于塑性材料制成的零件件，应力集中对其在静载荷作用下的强度影响较小。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响。但是应力集中对构件的疲劳寿命影响很大，因此无论是脆性材料还是塑性材料的疲劳问题，都必须考虑应力集中的影响。

应力集中的减轻措施

1>尽量使力传递方向的干扰减小。

2>尽可能加大缺口处曲率半径。

3>.尽可能将应力集中点移出受拉应力的区域

4>.使不连续区域过渡平缓。