什么是应力集中?

[拼音]：yingli jizhong

[外文]：stress concentration

在物体形状急剧变化处，应力发生局部显著增高的现象。

在工程结构的凹角、缺口、沟槽、孔洞附近均会发生应力集中，其中孔洞附近的应力局部增高称为孔边应力集中。在水利工程中，大坝的坝踵附近以及坝内廊道附近的应力局部增高是应力集中的典型实例。

孔边应力集中的特点是：

（1）集中性，即在孔洞附近的应力远大于无孔时的应力；

（2）局部性，即在离孔边较远之处（例如几倍孔径之外），应力几乎不受孔的影响，其分布情况与数值大小都几乎与无孔时相同；

（3）在d性范围内，应力集中程度仅与孔的形状以及受力状态有关，而与荷载的大小无关。一般说来，圆孔的孔边应力集中程度最低，图示为两种受力状态下圆孔附近的d性应力分布情况。在凹角、缺口、沟槽等其他形状突变处的应力集中现象具有与孔边应力集中一样的特点。

反映应力集中程度的参数是应力集中系数，它是峰值应力和不考虑应力集中时的应力的比值。图示两种情况的应力集中系数分别为 2与 3。由于峰值应力往往超过材料的屈服极限或强度极限从而造成应力的重新分布，所以实际的峰值应力常低于按d性力学计算得到的数值。

应力集中问题是d性力学的重要内容之一。对于圆孔与椭圆孔，已获得应力分布的解析解；对于其他形状的平面孔洞，可用复变函数方法获得应力解答；对各种应力集中问题均可用有限元法、边界元法等数值方法及光测法、电测法等试验方法获得应力分布，其中光测法能直接观察到应力集中现象，得到较多的应用。

由于应力集中能使结构发生裂纹，甚至断裂，须采取措施，防止因应力集中而造成的结构损坏，主要措施有：

（1）改善结构外形，避免形状突变，尽可能开圆孔或椭圆孔；

（2）结构内必须开孔时，尽量避开高应力区，而在低应力区开孔；

（3）根据孔边应力集中的分析成果进行孔边局部加强。

参考文章

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