20.8 : Концентрация напряжений

Понятие концентрации напряжений имеет решающее значение для понимания того, как материалы реагируют на изгибающие напряжения, особенно когда в геометрии материала наблюдаются неровности или разрывы. Обычно предполагается, что напряжение в симметричном элементе, подвергающемся чистому изгибу, равномерно распределено по всему поперечному сечению. Однако это предположение не выполняется при наличии изменений в геометрии поперечного сечения или наличии вырезов и отверстий.

Коэффициент концентрации напряжений количественно определяет увеличение напряжения в точках разрыва. Это отношение максимального напряжения в месте разрыва к номинальному напряжению, рассчитанному для однородного поперечного сечения. Этот коэффициент важен при проектировании, чтобы гарантировать, что конструкции могут выдерживать нагрузки без разрушения, особенно в точках, где напряжение усиливается из-за геометрических неровностей.

Например, в пластине с U-образным вырезом при изгибе коэффициент концентрации напряжений увеличивается с увеличением остроты геометрии выреза. Аналогично, для круглого стержня с круглым отверстием, подвергающегося чистому изгибу, коэффициент концентрации напряжений зависит от отношения диаметра отверстия к диаметру стержня. Это соотношение показывает, что по мере увеличения диаметра отверстия относительно диаметра стержня коэффициент концентрации напряжений увеличивается.