应力集中的定义
应力集中是指在结构中某一点或某一区域的应力值明显高于周围区域的现象。这种现象可能会导致结构的破坏或失效，因此在工程设计中需要特别注意。
应力集中的原因有很多，其中一种常见的原因是结构的几何形状不合理。例如，在一个圆形截面的杆件上施加拉力，如果杆件的直径不够大，就会导致应力集中在杆件的两端，从而导致杆件的破坏。另外，结构中的缺陷、裂纹等也可能导致应力集中。
应对应力集中的方法有很多，其中一种常见的方法是在应力集中的位置增加一些加强结构，以分散应力。例如，在一个圆形截面的杆件上增加一个环形凸起，就可以将应力分散到整个截面上，从而避免应力集中。
材料的选择也可以影响应力集中的程度。例如，在高应力区域使用更加耐磨的材料，可以减少应力集中的程度，从而延长结构的使用寿命。
应力集中是结构设计中需要特别注意的问题，需要通过合理的结构设计和材料选择来避免或减少应力集中的程度，从而保证结构的安全和可靠性。
材料力学 材料力学研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度和导致各种材料破坏的极限。材料力学是所有工科学生必修的学科，是设计工业设施必须掌握的知识。学习材料力学一般要求学生先修高等数学和理论力学。 材料力学(mechanics of materials)是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的极限。材料力学是所有工科学生必修的学科，是设计工业设施必须掌握的知识。学习材料力学一般要求学生先修高等数学和理论力学。材料力学与理论力学、结构力学并称三大力学。 材料力学（mechanics of materials）主要研究杆件的应力、变形以及材料的宏观力学性能的学科。材料力学是固体力学的一个基础分支。它是研究结构构件和机械零件承载能力的基础学科。其基本任务是：将工程结构和机械中的简单构件简化为一维杆件，计算杆中的应力、变形并研究杆的稳定性，以保证结构能承受预定的载荷；选择适当的材料、截面形状和尺寸，以便设计出既安全又经济的结构构件和机械零件。 材料力学是工程设计的基础之一，即结构构件或机器零件的强度、刚度和稳定性分析的基础。在工程设计中，要求构件或零件在给定外力作用下，具有足够的强度、刚度和稳定性。构件或零件在外力作用下，不发生破坏，也不发生塑性变形，则称其具有足够的强度；若弹性变形不超过一定限度，则称其具有足够的刚度；若在特定外力（如细长杆承受轴向压力）作用下，其平衡和变形形式无突然转变，则称其具有足够的稳定性。 在结构承受载荷或机械传递运动时，为保证各构件或机械零件能正常工作，构件和零件必须符合如下要求：不发生断裂，即具有足够的强度；弹性变形应不超出允许的范围，即具有足够的刚度；在原有形状下的平衡应是稳定平衡，也就是构件不会失去稳定性。对强度、刚度和稳定性这三方面的要求，有时统称为“强度要求”，而材料力学在这三方面对构件所进行的计算和试验，统称为强度计算和强度试验。 在人们运用材料进行建筑、工业生产的过程中，需要对材料的实际承受能力和内部变化进行研究，这就催生了材料力学。运用材料力学知识可以分析材料的强度、刚度和稳定性。材料力学还用于机械设计使材料在相同的强度下可以减少材料用量，优化机构设计，以达到降低成本、减轻重量等目的。 在材料力学中，将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的线性弹性物体。但在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料，所以须要各种理论与实际方法对材料进行实验比较。 材料在机构中会受到拉伸、压缩、弯曲、扭转及其组合等变形。根据胡克定律（Hooke's law），在弹性限度内，物体的应力与应变成线性关系。 典型的实验包括： 简单拉伸压缩实验 冲击破坏实验 稳定性 微小形变测量 材料弹性测量 材料力学的任务 1. 研究材料在外力作用下破坏的规律； 2. 为受力构件提供强度，刚度和稳定性计算的理论基础条件； 3. 解决结构设计安全可靠与经济合理的矛盾。 材料力学基本假设 1、连续性假设——组成固体的物质内毫无空隙地充满了固体的体积： 2、均匀性假设－－在固体内任何部分力学性能完全一样： 3、各向同性假设——材料沿各个不同方向力学性能均相同：
应力的定义[指南] 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，这种形变称为应变(Strain)。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力(Stress)。或物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力(Stress)。按照应力和应变的方向关系，可以将应力分为正应力σ 和切应力τ，正应力的方向与应变方向平行，而切应力的方向与应变垂直。按照载荷(Load)作用的形式不同，应力又可以分为拉伸压缩应力、弯曲应力和扭转应力。 应力的分类 同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为剪应力或切应力。应力会随着外力的增加而增长，对于某一种材料，应力的增长是有限度的，超过这一限度，材料就要破坏。对某种材料来说，应力可能达到的这个限度称为该种材料的极限应力。极限应力值要通过材料的力学试验来测定。将测定的极限应力作适当降低，规定出材料能安全工作的应力最大值，这就是许用应力。材料要想安全使用，在使用时其内的应力应低于它的极限应力，否则材料就会在使用时发生破坏。 有些材料在工作时，其所受的外力不随时间而变化，这时其内部的应力大小不变，称为静应力;还有一些材料，其所受的外力随时间呈周期性变化，这时内部的应力也随时间呈周期性变化，称为交变应力。材料在交变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏。通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时，破坏就可能发生。另外材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大，这种现象称为应力集
应力集中检测 什么是应力? 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，这种形变称为应变（Strain）。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力（Stress）。或物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力（Stress）。按照应力和应变的方向关系，可以将应力分为正应力σ和切应力τ，正应力的方向与应变方向平行，而切应力的方向与应变垂直。按照载荷（Load）作用的形式不同，应力又可以分为拉伸压缩应力、弯曲应力和扭转应力。 使材料产生扭转变形时所施加的力，单位N·m。在测材料的扭转刚度或扭转模量等力学量时，在以扭转方式测材料动态力学性能时，都需对试样施加扭力。特别在动态力学的许多测量仪器上，因为比较容易实现自由振荡或强迫振荡的扭力施加形式，所以采用是比较广泛的。如扭摆分析仪、扭辫分析仪、旋转流变仪等对试样都是施加的扭力。 所谓“扭力”就是一个物体所受到轴向扭转力与反作用力，常用扭力扳手来计量，单位是牛顿·米。常见的受扭力作用的物体有，螺杆螺母副传动轴等等。 所谓的「扭力」在物理学上应称为「扭矩」，因为以讹传讹的结果，大家都说成「扭力」，也就从此流传下来，为导正视听。扭矩的观念从小学时候的「杠杆原理」就说明过了，定义是「垂直方向的力乘上与旋转中心的距离」，公制单位为牛顿-米(N-m)，除以重力加速度9.8m/sec2之后，单位可换算成国人熟悉的公斤-米(kg-m)。英制单位则为磅-呎(lb-ft)，在美国车的型录上较为常见，若要转换成公制，只要将lb-ft的数字除以7.22即可。 什么是应力集中？ 应力集中科技名词定义 中文名称：应力集中英文名称：stress concentration 定义1：结构或构件承受载荷时，在其形状与尺寸突变处所引起应力显著增大的现象。应用学科：船舶工程（一级学科）；船体结构、强度及振动（二级学科）定义2：受载零件或构件在形状、尺寸急剧变化的局部出现应力增大的现象。应用学科：机械工程（一级学科）；疲劳（二级学科）；疲劳一般名词（三级学科）定义3：物体在形状急剧变化处、有刚性约束处或集中力作用处，局部应力显著增高的现象。应用学科：水利科技（一级学科）；工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；工程力学（水利）（三级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布目录 简介 对构件强度的影响 详细介绍 简介 英文：stress concentration 应力集中是指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。 对构件强度的影响 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响。
应力集中的实例 （原创版） 目录 1.应力集中的定义 2.应力集中的实例 3.应力集中的影响 4.如何避免应力集中 正文 【应力集中的定义】 应力集中是指在外力作用下，物体内部的应力分布出现局部集中的现象。当外力作用于物体时，物体内部的应力会按照一定的规律分布，而在某些局部区域，应力的分布会明显集中，这种现象被称为应力集中。 【应力集中的实例】 应力集中在许多实际应用中都有出现，以下是一些典型的应力集中实例： 1.焊接接头：在焊接过程中，由于焊接工艺和材料的不均匀性，焊接接头处容易出现应力集中。这会导致焊接接头处的强度降低，从而影响整个结构的安全性。 2.螺纹连接：在螺纹连接中，由于螺纹的牙距和角度不均匀，以及螺纹与螺母之间的配合不良，也会出现应力集中现象。这可能导致螺纹连接处的松动和损坏，影响结构的稳定性。 3.裂纹扩展：在材料出现裂纹的情况下，如果裂纹尖端处的应力集中，会导致裂纹的快速扩展。这种情况在工程结构和机械零部件中都是需要避免的。
【应力集中的影响】 应力集中会对结构和零部件的性能产生不良影响，主要表现在以下几个方面： 1.降低强度：应力集中会导致局部区域的应力值增大，从而降低该区域的强度，影响整个结构的承载能力。 2.引起疲劳：应力集中会使局部区域的应力周期性变化，从而引起疲劳破坏。这种情况在机械零部件中尤为常见。 3.导致失效：严重的应力集中可能导致结构和零部件的失效，如断裂、脱落等，对工程安全构成威胁。 【如何避免应力集中】 为了避免应力集中带来的不良影响，可以采取以下措施： 1.优化设计：在设计阶段，通过合理的结构形式和材料选择，可以有效降低应力集中的程度。 2.改进工艺：在制造和加工过程中，采用适当的工艺方法和参数，可以减少应力集中的产生。例如，在焊接过程中，采用适当的焊接顺序和电流参数，可以降低焊接接头的应力集中。 3.加强质量控制：通过对产品进行严格的质量检测，可以及时发现和消除应力集中的隐患。 总之，应力集中是一种普遍存在的现象，对工程结构和零部件的性能产生不利影响。
椭圆应力集中-概述说明以及解释 1.引言 1.1 概述 椭圆应力集中是材料力学中一个重要的研究课题，它涉及到椭圆和应力集中两个概念的结合。椭圆是一个常见的几何形状，在工程实践中经常会遇到，而应力集中则是由于几何形状或载荷的特殊情况导致力或应力分布不均匀的现象。椭圆中的应力集中现象在工程设计和材料选择中具有重要的意义，也是不容忽视的问题。 本文将深入探讨椭圆的定义和性质以及应力集中的概念与影响，重点分析椭圆中的应力集中现象。通过对椭圆应力集中的影响进行总结，探讨应对椭圆应力集中的方法，并展望未来研究方向，希望能够为相关领域的研究和工程实践提供一定的参考和借鉴。 1.2文章结构 1.2 文章结构 本文将首先介绍椭圆的定义和性质，包括椭圆的数学表达式、几何特征等内容。然后我们将深入探讨应力集中的概念与影响，介绍应力集中的成因及其对物体性能的影响。接着，我们会详细分析椭圆中的应力集中现象，探讨在椭圆结构中应力集中的表现形式和解决方法。最后，我们将在结论部分总结椭圆应力集中的影响，并提出对应的解决方法。同时，展望
未来研究方向，探讨未来在椭圆应力集中领域的研究方向和趋势。通过对这些内容的介绍和分析，读者将更深入地了解椭圆应力集中问题的实质和解决方法。 1.3 目的: 本文旨在探讨椭圆形状在工程结构中的应力集中问题。通过对椭圆的定义和性质进行详细介绍，分析其在受力情况下的特点和影响。同时，本文将深入研究应力集中的概念及其在椭圆形状中的具体表现，希望能够揭示椭圆形状对应力集中现象的影响机制，为工程设计和结构优化提供理论支持。通过总结椭圆应力集中的影响，提出相应的处理方法，为解决工程结构中的应力集中问题提供参考。最后，展望未来研究方向，为进一步深入探讨椭圆应力集中问题指明方向。希望本文能够为相关领域的研究和应用提供一定的参考和借鉴。 2.正文 2.1 椭圆的定义和性质 椭圆是一个在平面上的闭曲线，其定义为到两个固定点（焦点）的距离之和等于常数的点的集合。在椭圆中，存在两个焦点和一个长轴与一个短轴，其中长轴的长度大于短轴的长度。椭圆的长轴和短轴的长度决定了椭圆的形状和大小。
带孔无限大板的应力集中问题浅析 1 问题的提出 带孔板件是工程中常用结构件,在航空工业中也广为应用。带孔板件孔边存在小范围的高应力区。根据板件宽度和孔径的相对比例,孔边最大应力水平可为板件远场(即远离孔边的区域)应力的几倍甚至十几倍;板件宽度和孔径之比越小,孔边最大应力越大。这个现象被称为“应力集中”,通常定义孔边最大应力与板件远场应力之比为应力集中系数,以此来标示应力集中的程度。由于孔边的高应力水平,带孔板件在承受较小载荷的情况下,孔边应力集中区域很可能已经产生塑性变形,带孔板件的破坏,包括静载下的破坏和疲劳破坏,通常是从带孔板件孔边应力集中区域萌生的。因此,孔边的应力集中在很大程度上影响了构件的承载能力,进而损害了结构(件)的可靠性,是工程设计中需要重视的关键问题之一。 板件几何中心点为坐标原点,水平方向为坐标x方向,垂直方向为y方向。孔心即为坐标原点。根据弹性力学理论,带孔无限大板受y方向的均布应力,孔边的应力集中系数的基尔斯解答为: (1) (2) 由上式可见,孔边最大应力集中系数Kx,max=3,特别应该强
调指出的是,该应力集中系数不随孔径的变化而变化。在弹性力学的理论框架内,这是学习弹性力学时应建立的基本概念。 但是,我们可以做这样的设想:对于无限大板,随着孔的缩小,孔边应力集中系数始终保持不变;当孔不断缩小,乃至于无限缩小,即孔径无限小,孔边应力集中系数还保持不变吗？很显然,当孔径无限小乃至等于零时,即没有孔的情况,板蜕变成完好的连续介质板,所谓的孔边应力集中现象也随之消失！ 是不是在孔缩小的过程中,孔边应力集中系数始终不变,无论孔径趋于多么小,而当孔径为零的时候,应力集中系数也突然变为零？毫无疑问,这样的物理过程——即孔不断缩小及孔边应力集中系数的相关变化的过程——并不符合逻辑。 2 有限元分析 基于上面的讨论,作者利用有限元计算,对带孔无限大板孔边应力集中系数是否随孔径变化而变化这个问题,进行初步探讨。 对于如图1所示带孔板件,作者应用通用有限元软件*****.0建立如图2所示的有限元模型:板件的高度为b=200(mm),宽度为a=2X0,取值如表1所列,厚度为c=2mm;E=690GPa,μ=0.3;选择单元为Solid8node82。在板件的上边施加y方向载荷密度为1MPa 的均布载荷,根据结构和载荷的对称性,为计算方便,这里只取板件的1/4模型,在模型底边(原板件x轴)施加y向位移约束,左侧边(原板件y轴)施加x向位移约束。
应力集中对构件强度的影响 1. 引言 1.1 定义和背景 应力集中是指构件内部或表面存在着非均匀的应力分布情况，当外部载荷作用于构件时，会使得应力在某些局部区域出现集中。这种应力集中现象对构件的强度和稳定性都会产生不利影响。 构件在使用过程中可能会受到各种外部载荷的作用，比如拉力、压力、弯曲力等。当这些载荷传递到构件中时，由于构件形状、材料性质等因素，会使得应力在某些特定位置产生集中。这种应力集中会导致构件在集中应力处的应力值远高于其它位置，从而可能导致构件的破坏。 应力集中对构件的影响是十分复杂的，不仅会降低构件的强度和韧性，还会影响构件的使用寿命。研究应力集中对构件强度的影响具有重要的理论和实践意义。通过深入探讨应力集中的影响因素、破坏机制以及减轻方法，可以有效提高构件的耐久性和安全性。 1.2 研究意义 研究应力集中对构件强度的影响具有重要的理论和实际意义。通过深入研究应力集中的影响因素以及导致构件破坏的机制，可以更好地指导工程设计和实践，提高构件的设计质量和安全性。了解应力集中的减轻方法以及其对构件强度的具体影响，有助于优化构件结构，
减少材料消耗和成本，提高构件的性能。通过数值模拟分析应力集中 的过程，可以更直观地观察应力分布的变化及对构件强度的影响，为 工程实践提供可靠的依据。研究应力集中对构件强度的影响，不仅能 够提高构件的使用寿命，还能够推动工程材料科学领域的发展，为社 会和经济发展做出重要贡献。 1.3 文献综述 应力集中对构件强度的影响是一个长期存在并且备受关注的问题。在过去的研究中，许多学者都对应力集中问题进行了深入的探讨，并 取得了一些有价值的成果。一些研究表明，应力集中会导致构件的局 部应力增大，从而增加构件的破坏风险。另外一些研究则发现，应力 集中会降低构件的整体强度，使构件整体性能下降。 在传统的文献中，对于应力集中的影响因素已经有了一定的了解。构件的几何形状、载荷类型、材料性质等因素都会对应力集中造成的 影响起到至关重要的作用。一些先进的研究还表明，应力集中问题可 以通过一些特定的减轻方法来解决，从而提高构件的整体强度和使用 寿命。 文献综述表明应力集中对构件强度的影响是一个复杂而重要的问题，需要长期的研究和探讨。通过总结以往的研究成果，可以更好地 了解和解决应力集中造成的问题，为构件设计和制造提供更加科学和 有效的指导。 2. 正文
钢构件截面的应力集中现象 钢构件截面的应力集中现象 引言： 钢构件作为现代建筑中常用的结构材料之一，其优越的强度和刚度使其广泛应用于桥梁、高层建筑、航天器等领域。然而，钢构件在使用过程中会面临各种荷载，从而导致截面上应力的分布不均匀。这种应力集中现象会对构件的强度和安全性产生负面影响，因此深入了解和研究钢构件截面的应力集中现象具有重要意义。 一、应力集中的定义和原因 在钢构件的截面中，应力集中是指在受到外部荷载作用时，应力在局部区域会明显增加或集中的现象。而引起应力集中的原因主要包括以下几个方面： 1. 几何因素：钢构件截面的几何形状会对应力分布产生影响。当截面形状存在突变或不规则时，容易导致应力集中的发生。孔洞、缺陷等几何因素也是应力集中的主要原因之一。
2. 材料因素：钢构件的材料性质可以影响应力的分布情况。不同的材 料具有不同的强度和刚度特性，从而也会导致不同的应力集中现象。 材料的微观结构和缺陷也会对应力产生影响。 3. 荷载因素：外部荷载的大小和方向也是导致应力集中的重要因素。 当荷载过大或加载方式不合理时，会使得部分区域受到较大的应力， 从而引发应力集中。 二、应力集中的影响和危害 1. 强度降低：应力集中会导致构件内部应力集中在某一局部区域，从 而使该区域的应力超过材料的强度极限，导致构件强度降低，甚至引 发破坏。 2. 物理性能下降：应力集中区域的材料受到较大应力的作用，会导致 材料的塑性变形增加，从而降低其刚度和变形能力。 3. 疲劳寿命减少：应力集中会使构件在循环荷载下易于发生疲劳破坏，导致其使用寿命减少。 4. 安全隐患：应力集中的存在会增加构件的失稳风险，对整个结构的 安全性产生潜在威胁。
应力定义 一、引言 应力是物理学和工程学中一个核心概念，涉及到物体在受到外力作用时内部产生的抵抗力。它反映了物体抵抗变形或破坏的能力，是衡量物体强度、刚度和稳定性的重要参数。本文将全面解析应力的定义、计算、性质、应用、测量和分类。 二、应力的定义 应力，通常用符号σ表示，是一个向量，用于描述物体内部单位面积上所受的力。它是外力除以物体横截面的面积得到的。其数学表达式为：σ= F/A，其中F是作用于物体上的外力，A是物体的横截面面积。 三、应力的计算 应力的计算通常基于牛顿第二定律（F=ma），通过测量作用于物体上的外力和物体的质量，以及加速度，可以计算出应力。此外，通过测量应变（物体形状或尺寸的相对变化）和弹性模量（描述材料抵抗变形能力的常数），也可以间接计算出应力。 四、应力的性质 1.矢量性：应力是一个矢量，具有大小和方向，分别表示应力的强弱和作用的方向。 2.作用面性：应力总是作用在物体内部的一个横截面上，其作用面垂直于横截面。 3.平衡性：在一个封闭的受力体系中，正应力和切应力保持平衡，总应力为零。
4.相对性：应力的值依赖于所选择的参考系和坐标系。不同的坐标系可能会得到不同的应力分量。 5.物质性：应力是物体内部的属性，与外部作用力无关，只有当物体受到外力作用时才会产生。 五、应力的应用 1.工程设计：在设计和分析各种工程结构时，如桥梁、建筑和机械零件等，需要考虑到应力分布、应力集中、疲劳应力和极限应力等因素。 2.断裂力学：断裂力学是研究材料在裂纹扩展时的行为的学科，它涉及到裂纹尖端的应力场和应力强度因子。 3.流体力学：在流体力学中，应力用来描述流体内部的压力和粘性力等作用力。 4.材料科学：在材料科学中，应力用于研究材料的机械性能，如弹性模量、泊松比和抗拉强度等。 5.生物学：在生物学中，应力用于描述骨骼和牙齿等硬组织的受力状态，以及细胞和组织的生长和发育过程。 六、应力的测量 应力的测量通常通过应变计进行。应变计是一种特殊的传感器，它可以粘贴或嵌入到被测物体上，并将物体的变形转换为电信号，再通过电子设备读出应变值，从而计算出应力。另一种常用的方法是X射线衍射法，它可以无损地测量晶体材料的宏观和微观应力。 七、应力的分类
材料力学名词解释 塑性材料：拉伸断裂前，即发生强性变形也发生不可逆塑性变形。 脆性材料：拉伸断裂前，不产生塑性变形，只发生弹性变形。 滞弹性:滞弹性就是在外加载荷作用下，应变落后于应力的现象。 内耗：是指材料在弹性范围内由于其内部各种微观因素的原因致使机械性能逐渐转化为材料内能的现象。 循环韧性：表示材料吸收不可逆变形功的能力，故又称消振性。 包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应力降低的现象。 颈缩:是韧性金属材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象，它是应变硬化与截面减小共同作用的结果。 6应力集中系数和缺口敏感度？ 答：应力集中系数Kt定义为缺口静截面上的最大应力σmax与平均应力σ之比。Kt表示缺口引起的应力集中程度，与材料性质无关，只决定于缺口几何形状。 缺口敏感度：金属材料的缺口敏感性指标用缺口试样的抗拉强度σbn与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值来表示，称为缺口敏感度，记为NSR。金属硬度：指金属表面上的不大体积内抵抗变形或破裂的能力。 冲击载荷:指加载速度很快而作用时间很短的突发性载荷。加载速度快，作用时间短的载荷。冷脆：指材料因温度的降低导致冲击韧性急剧下降并引起脆性破坏的现象。 冲击韧性:是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。低应力脆断:在应力水平低于材料屈服极限的情况下所发生的突然断裂现象 疲劳：金属机件或构件在变动应力和应变长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象 疲劳曲线:是疲劳应力与疲劳寿命的关系曲线， 疲劳极限:是经无限次应力循环也不发生疲劳断裂，故将对应的应力称为疲劳极限。 过载损伤：对于一定的金属材料，引起过载损伤需一定的加载应力与一定的应力循环周次相配合，即在一次过载应力下，只有过载运转超过一周次后才会引起过载损伤。 过载持久值：材料在高于疲劳强度的一定应力下工作，发生疲劳断裂的应力循环周次称为材料的过载持久值，也称为有限疲劳寿命。 疲劳缺口敏感度：金属材料在交变载荷作用下的缺口敏感性，常用于疲劳缺口敏感度qα来评定。疲劳缺口敏感度即和材料性能又和缺口形状有关。 低周疲劳:金属在循环载荷作用下，疲劳寿命为102~105次的疲劳断裂 循环硬化和循环软化？ 答：金属材料在恒定应变范围循环作用下，随循环周次增加，其应力形变，抗力不断增加，即为循环硬化。若在循环过程中，应力逐渐减小，则为循环软化。 热疲劳：机件再有温度循环变化时产生的循环热应力作用下发生的疲劳 冲击疲劳：机件在重复冲击载荷作用下的疲劳断裂 应力腐蚀：金属在拉应力和特定而化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。 氢脆：尤于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象称为氢脆断裂，简称氢脆 磨损：机件表面相接触并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑，使表面材料逐渐流失、造成表面损伤的现象即为磨损
应力集中点解释-概述说明以及解释 1.引言 1.1 概述 引言 应力集中点是指在材料中存在的局部应力远远高于周围区域的点。它是材料疲劳、断裂和变形的主要起因之一，引起了广泛的学术关注和工程实践。 应力集中点的形成是由于材料内部的几何形状或应力的非均匀分布导致的。当材料在受到力的作用下发生变形时，应力会在材料中传递并分布。在一些几何形状复杂或应力集中的地方，导致应力分布不均匀，形成应力集中点。这些点通常呈现出局部应力远远高于周围区域的特点。 应力集中点对材料的影响是十分显著的。它会导致材料的疲劳寿命大幅降低，甚至引发断裂。此外，应力集中点也会造成材料的变形不均匀，影响材料的使用性能。因此，对于应力集中点的研究和解释具有重要意义。 本文将对应力集中点进行深入的解释和分析。首先，将对应力集中点的定义和特点进行阐述，帮助读者更好地理解应力集中点的本质。接着，将探讨应力集中点的成因，从而揭示应力集中点形成的原理和机制。最后，
将探讨应力集中点在工程实践中的重要性，并提供应对应力集中点的方法和技术。 通过本文的阅读，读者将对应力集中点有更深入的了解，并能够更好地应对和解决与应力集中点相关的问题。相信本文能够为读者提供有价值的参考和指导。 文章结构部分的内容可以如下所示： 1.2 文章结构 本文将按照以下顺序来介绍应力集中点的解释： 2.正文 2.1 应力集中点的定义和特点 在这一部分，将详细解释应力集中点的概念以及其特点。首先，会给出应力集中点的定义，即当力的作用下，在工程结构中的某个局部位置产生应力远大于周围区域的现象。接着，会探讨应力集中点的特点，比如应力集中程度的高低、应力集中位置的局部性等。 2.2 应力集中点的成因 这一部分将详细分析导致应力集中点产生的原因。首先，会介绍结构形状和材料特性对应力集中的影响，即不同形状和材料的结构在受
键槽应力集中分析及优化设计 摘要：键和键槽是最常见的轴毂连接方式的一种。然而，很少见到关于数值分析方面的文献。设计所遵守的标准规范已有近半个世纪，且文献中的大多数结果，是基于光弹实验分析得出的。本文介绍了数值有限元分析（FE）如何提高键槽的应力集中的预测。结果表明，在使用形状优化和简单的超椭圆形后，最大应力水平降低了50%，键槽的疲劳寿命可以大幅提高。该设计便于更改，只需改变两个可变的设计参数，因此就比较实用。 关键词：键槽，平键，应力集中，优化，拉普拉斯方程，有限元 1引言 键和键槽常用来连接轴和轮毂。键和键槽的设计由不同的标准而定，如参 考［1］。根据不同的设计原理，键可以分为平键，锥形键或半圆键。其中，最常见的是平键，也是本文的主题。键和键槽的设计，完全是根据一个参数一一--轴直径的标准来控制。就提高疲劳强度的设计而言，这方面的成果寥寥无几，比如应力集中的最小化。目前笔者所知，这方面虽然由Orthwein指出，但之后没有进行。其它设计或许在文献中提出，例如文献［7］和［8］。 大概是菲隆首次提出有键槽的轴的扭转刚度。该文中，轴的建模是椭圆形横 截面形状，键槽的建模是双曲线形状。这篇分析文章发表之后，很多实验性论文论述了键和键槽连接的应力集中问题。这些论文中（所讨论的方法），有许多 使用的是光弹性分析方法，例如文献［8］到［13］。其他的是在表面电镀铜，例如文献［14］到［15］。除了文献［7］和［8］，其他论文论述了实验性的应力集中证明，请参阅在Orthwein的文献［4］。 最常用的关于应力集中因素的论述是Peterson提出的，Pilkey进行了转载和扩展［17］。本文的键槽结果报告就是取自文献［8、9、15］。采用有限元（FE）的建模和计算可以对结果改善，但目前尚未完成。 因此，本文的目的有两个：首先，通过使用有限元分析现有的标准设计，找到应力集中；然后，通过降低应力集中改进/优化键槽设计。键槽应力的三维效果如彼得森所述。通过分析发现，许多不同的因素，都会对复杂的有限元分析以及计算最大应力产生影响。这些因素是： （一）负载：拉伸，弯曲，或扭矩； （二）键：有负载的键（有/无插入键槽）； （三）应力：在键槽末端或圆柱形部分 图1两个标准平键键槽末端。（a）圆头平键键槽（b）平头平键键槽 由于数值分析的局限性，本文仅论述扭矩；关于其他负载或负载组合，读者可以参
. 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，这种形变称为应变（Strain）。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力（Stress）。或物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力（Stress）。按照应力和应变的方向关系，可以将应力分为正应力σ 和切应力τ，正应力的方向与应变方向平行，而切应力的方向与应变垂直。按照载荷（Load）作用的形式不同，应力又可以分为拉伸压缩应力、弯曲应力和扭转应力。 应力的分类 同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为剪应力或切应力。应力会随着外力的增加而增长，对于某一种材料，应力的增长是有限度的，超过这一限度，材料就要破坏。对某种材料来说，应力可能达到的这个限度称为该种材料的极限应力。极限应力值要通过材料的力学试验来测定。将测定的极限应力作适当降低，规定出材料能安全工作的应力最大值，这就是许用应力。材料要想安全使用，在使用时其内的应力应低于它的极限应力，否则材料就会在使用时发生破坏。 有些材料在工作时，其所受的外力不随时间而变化，这时其内部的应力大小不变，称为静应力；还有一些材料，其所受的外力随时间呈周期性变化，这时内部的应力也随时间呈周期性变化，称为交变应力。材料在交变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏。通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时，破坏就可能发生。另外材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大，这种现象称为应力集中。对于组织均匀的脆性材料，应力集中将大大降低构件的强度，这在构件的设计时应特别注意。 物体受力产生变形时，体内各点处变形程度一般并不相同。用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的应变。为此可在该点处到一单元体，比较变形前后单元体大小和形状的变化。 线应变 在直角坐标中所取单元体为正六面体时，三条相互垂直的棱边的长度在变形前后的改变量与原长之比，定义为线应变，用ε表示。一点在x、y、z方向的线应变分别为εx、εx、εy、εz。线应变以伸长为正，缩短为负。 切应变 单元体的两条相互垂直的棱边，在变形后的直角改变量，定义为角应变或切应变，用γ表示。一点在x-y 方向、y-z方向z-x方向的切应变，分加别为γxy、γyz、γzx。切应变以直角减少为正，反之为负。 一点的应变状态 一点的应变分量εx、εy、εz、γxy、γyz、γzx已知时，在该点处任意方向的线应变，以及通过该点任意两线段间的直角改变量，都可根据应变分量的坐标变换公式求出。该点的应变状态也就确定。 表示一点应变状态的个应变分量εx、εy、εz、γxy、γyx、γyzγzy、γzx、γxz组成的应变张量，即 式中右边的张量中的切应变用εxy、εxz、---表示，适用于使用张量的附标标号的表示法； 左边张量中的切应变用γxy、γxz、---表示，是工程习惯表示法。 二者概念相同，大小相差一倍。应变张量也是二阶对称量，其中切应变分量εxy=εyx ；.
应力集中与失效分析 1 引言 由于某种用途，在构件上需要开孔、沟槽、缺口、台阶等，在这些部位附近， 因截面的急剧变化，将产生局部的高应力，其应力峰值远大于由根本公式算得的 应力值。这种现象称为应力集中，引起应力集中的孔、沟槽、缺口、台阶等几何 体称为应力集中因素[1]。 因孔、沟槽、缺口、台阶等附近存在应力集中，从而，削弱了构件的强度， 降低了构件的承载能力。应力集中处往往是构件破坏的起始点，应力集中是引起 构件破坏的主要因素[2-9]。应力集中现象普遍存在于各种构件中，大局部构件的 破坏事故是由应力集中引起的。因此，为了确保构件的平安使用，提高产品的质 量和经济效益，必须科学地处理构件的应力集中问题。 2 产生应力集中的原因[1] 构件中产生应力集中的原因主要有： (1) 截面的急剧变化。如：构件中的油孔、键槽、缺口、台阶等。 (2) 受集中力作用。如：齿轮轮齿之间的接触点，火车车轮与钢轨的接触点 等。 (3) 材料本身的不连续性。如材料中的夹杂、气孔等。 (4) 构件中由于装配、焊接、冷加工、磨削等而产生的裂纹。 (5) 构件在制造或装配过程中，由于强拉伸、冷加工、热处理、焊接等而引 起的剩余应力。这些剩余应力叠加上工作应力后，有可能出现较大的应力集中。 (6) 构件在加工或运输中的意外碰伤和刮痕。 3 应力集中的物理解释[1] 对于受拉构件，当其中无裂Array纹时，构件中的应力流线是均匀 分布的，如图1a所示；当其中有 一圆孔时，构件中的应力流线在 圆孔附近高度密集，产生应力集 中，但这种应力集中是局部的，
在离开圆孔稍远处，应力流线又趋于均匀，如图1b 所示。 4 应力集中的弹性力学理论 根据弹性力学理论，可以求得圆孔、裂纹尖端以及集中力附近的应力分布情况，分别如下： 4.1 圆孔边缘附近的应力[10] 圆孔附近A 点〔图2〕的应力为 ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=θθστθθσσθθσσ4sin 322sin 24cos 322cos 3224cos 322cos 2442222442222 442222r a r a r a r a r a r a r a r a r a xy y x (1) 式中a 为圆孔的半径。 由(1)式可见，在孔边a r =、0=θ处，σσ3=y 。 4.2 裂纹尖端附近的应力[11] I 型裂纹尖端A 附近〔图3〕的应力为 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=23sin 2sin 12cos 2I θθθπσr K x ⎪⎭ ⎫ ⎝⎛+=23sin 2sin 12cos 2I θθθπσr K y (2) 23cos 2sin 2cos 2I θ θ θ πτr K xy = 式中I K 称为I 型裂纹的应力强度因子，它是裂纹尖端应力强度的度量，与载荷的大小、构件与裂纹的尺寸与形状有关，对于无限大板，a K πσ=I 。 (2)式说明，裂纹尖端附近的应力与r /1成比例，即当0→r 时，x σ、y σ、∞→xy τ。 4.3 集中力附近的应力[10]
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，这种形变称为应变（Strain ）。 材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力（Stress ）。或物体由于外因（受力、湿度变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力（Stress ）。按照应力和应变的方向关系，可以将应力分为正应力b和切应力T，正应力的方向与应变方向平行，而切应力的方向与应变垂直。按照载荷（Load）作用的形式不同，应力又可以分为拉伸压缩应力、弯曲应力和扭转应力。 应力的分类 同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为剪应力或切应力。应力会随着外力的增加而增长， 对于某一种材料，应力的增长是有限度的，超过这一限度，材料就要破坏。对某种材料来说，应力可能达到的这个限度称为该种材料的极限应力。极限应力值要通过材料的力学试验来测定。将测定的极限应力作适当降低，规定出材料能安全工作的应力最大值，这就是许用应力。材料要想安全使用，在使用时其内的应力应低于它的极限应力，否则材料就会在使用时发生破坏。 有些材料在工作时，其所受的外力不随时间而变化，这时其内部的应力大小不变，称为静应力；还有一些材料，其所受的外力随时间呈周期性变化，这时内部的应力也随时间呈周期性变化，称为交变应力。材料在交变应力作用下发生的破坏称为疲劳破坏。通常材料承受的交变应力远小于其静载下的强度极限时，破坏就可能发生。另外材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大，这种现象称为应力集中。对于组织均匀的脆性材料，应力集中将大大降低构件的强度，这在构件的设计时应特别注意。 物体受力产生变形时，体内各点处变形程度一般并不相同。用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的 应变。为此可在该点处到一单元体，比较变形前后单元体大小和形状的变化。 线应变 在直角坐标中所取单元体为正六面体时，三条相互垂直的棱边的长度在变形前后的改变量与原长之比，定 义为线应变，用£表示。一点在x、y、z方向的线应变分别为£X、£ x、£ y、£ z。线应变以伸长为正， 缩短为负。 切应变 单元体的两条相互垂直的棱边，在变形后的直角改变量，定义为角应变或切应变，用Y表示。一点在x-y 方向、y-z方向z-x方向的切应变，分加别为Y xy、Y yz、Y zx。切应变以直角减少为正，反之为负。 一点的应变状态 一点的应变分量£X、£ y、£ Z、Y xy、Y yz、Y zx 已知时，在该点处任意方向的线应变，以及通过该点 任意两线段间的直角改变量，都可根据应变分量的坐标变换公式求岀。该点的应变状态也就确定。 表示一点应变状态的个应变分量£ x、£ y、£ Z、Y xy、Y yx、Y yz Y zy>Y ZX、Y xz 组成的应变张量，即 式中右边的张量中的切应变用£xy、£ xz、---表示，适用于使用张量的附标标号的表示法； 左边张量中的切应变用Y xy、丫xz、---表示，是工程习惯表示法。 二者概念相同，大小相差一倍。应变张量也是二阶对称量，其中切应变分量 e xy= e yx
应力集中的定义 应力集中的定义 应力集中是指在材料中存在着一些几何形状或载荷形式不均匀的部位，使得在这些部位处产生了较大的应力集中。这种现象会导致材料的疲 劳寿命降低、裂纹扩展加速、甚至引起断裂等严重后果。因此，对于 工程设计和材料选择来说，应力集中问题是非常重要的。 应力集中的原因 应力集中主要是由于几何形状和载荷形式不均匀引起的。例如，在悬 臂梁上施加一个重物时，梁上距离重物最近处会出现较大的弯曲应力；在孔洞附近施加载荷时，孔洞周围也会出现较大的拉伸或压缩应力。 此外，材料内部存在缺陷、夹杂物或焊接缺陷等也会导致局部应力集中。 影响因素 影响应力集中程度的因素很多，主要包括：载荷大小、载荷类型（拉伸、压缩、剪切等）、几何形状（尺寸、角度等）、材料性质（弹性 模量、屈服强度等）、表面处理等。这些因素的改变都会影响应力集
中的程度和位置。 应力集中的危害 应力集中会导致材料的疲劳寿命降低，裂纹扩展加速，甚至引起断裂 等严重后果。在工程设计和材料选择时，必须考虑应力集中问题。如 果忽略了这个问题，可能导致工程事故的发生。 应力集中的评估方法 为了评估应力集中问题，可以采用有限元分析、试验测试、理论计算 等方法。其中有限元分析是最常用的方法之一，它可以通过数值模拟 得到局部应力和变形情况，并进一步评估材料的疲劳寿命和断裂风险。试验测试则是通过实验测量得到局部应力和变形情况，并验证有限元 分析结果的准确性。理论计算则是根据材料力学理论进行计算，但由 于其假设条件比较苛刻，通常只适用于简单几何形状。 应对措施 为了避免或减轻应力集中问题带来的危害，可以采取以下措施：一是 优化设计，尽量避免出现几何形状不均匀的部位；二是加强材料的表 面处理，提高材料的抗蚀性和抗疲劳性；三是采用减载、增加支撑等 方法，降低局部应力集中程度；四是选择合适的材料，提高材料的强
1.岩体：位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带等）分割下形成的有一定结构的地质体。由结构面与结构体的地质体。 2.岩石:是经过地质作用而天然形成的一种或多种矿物的集合体。具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体。 3.软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。 4.软化系数：是指岩石时间的饱和抗压强度于干燥状态下的抗压强度的比值。 5.形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。这种由于形状的不同而影响其强度的现象称为“形状效应”。 6.尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。 7.延性度：指岩石在达到破坏前的全应变或永久应变。 8.流变性：指在应力不变的情况下，岩石的应变或应力随时间而变化的性质。 9.蠕变：只在应力不变的情况下，岩石的变形随时加不断增长的现象。 10.应力松弛：是指当应力不变时，岩石的应力随时间增加而不断减小的现象。 11.弹性后效：是指在加荷或卸荷条件下，弹性应变滞后于应力的现象。 13.峰值强度:若岩石应力--应变曲线上出现峰值,峰值最高点的应力称为峰值强度. 14.扩容:在岩石的单轴压缩试验中,当压力达到一定程度以后,岩石中的破列或微裂纹继续发生和扩展,岩石的体积应变增量有由压缩转为膨胀的力学过程,称之为扩容. 15.应变硬化:在屈服点以后(在塑性变形区),岩石(材料)的应力—应变曲线呈上升直线,如果要使之继续变形,需要相应的增加应力,这种现象称之为应变硬化. 16.疲劳破坏:在循环荷载作用下,岩石会比峰值应力低的应力水平下破坏的现象. 17.疲劳强度:是指岩石(材料)发生疲劳破坏时循环荷载的应力水平的大小(非定值). 18.速率效应:是指在岩石试验中由于加载速率的不同而引起的岩石强度的变化现象. 19.延性流动:是指当应力增大到一定程度后,应力增大很小或保持不变时,应变持续增长而不出现破裂,也即是有屈服而无破裂的延性流动. 20.脆性破坏:是指岩石在破坏前变形很小,出现急剧而迅速的破坏,且破坏后应力降很大. 21.延性破坏:是指岩石在破坏前发生了较大的永久塑性变形,并且破坏后应力降很小. 22.强度准则:表征岩石破坏时的应力状态和岩石强度参数之间的关系,一般可以表示为极限应力状态下的主应力间的关系方程:σ1=f(σ2,σ3)或τ=f(σ). 23.结构面: ①指在地质历史发展过程中,岩体内形成的具有一定得延伸方向和长度,厚度相对较小的宏观地质界面或带. ②又称若面或地质界面,是指存在于岩体内部的各种地质界面,包括物质分异面和不连续面,如假整合,不整合,褶皱,断层,层面,节理和片理等. 24.原生结构面:在成岩阶段形成的结构面. 25.构造结构面:指在构造作用下形成的各种结构面,如劈理,节理,断层面等. 26.次生结构面:指在地表条件下,由于外力的作用而形成的各种界面. 27.结构面频率（裂隙度）：是指岩体中单位长度直线所穿过的结构面数目. 28.结构体:结构面依其本身的产状,彼此组合将岩体切割成形态不一,大小不等以及成分各异的岩石块体,被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体. 29 结构效应：岩体中结构的方向性质密度和组合方式对岩体变形的影响。 30 剪胀角：岩体结构面在剪切变形过程中所发生的法向位移与切向位移之比的反正切值。 31 岩体基本质量：岩体所固有的影响工程掩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩石完整程度决定。 32 自稳能力：在不支护条件下，地下工程岩体不产生任何形式的能力。 33 地应力：自然状态下在原岩岩体中存在的由于岩石自重和构造应力形成的分布应力，也称天然应力