关于结构应力集中问题 引起构件破坏的主要因素

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基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。 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。应力集中现象普遍存在于各种构件中，大部分构件的破坏事故是由应力集中引起的。因此，为了确保构件的安全使用，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。

对于受拉构件，当其中无裂纹时，构件中的应力流线是均匀分布的，如左图所示；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，如右图所示。

工程上用应力集中系数来表示应力增高的程度。应力集中处的最大应力与基准应力之比，定义为理论应力集中系数，简称应力集中系数:

应力集中的应用：食品包装塑料袋中的应力集中利用，超市用塑料袋，扯布，划玻璃，砍树，易拉罐等。

下面，我们将通过一个典型应力集中问题——带孔平板，使用ANSYS软件求出最大应力和应力分布图，并与弹性理论计算的结果进行比较：

根据弹性力学知识，孔边环向正应力的大小是无孔时的3倍，随着远离孔边而极速趋近于q。

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。

应力集中的程度，与孔的形状有关。一般说来，圆孔孔边的集中程度最低，如果有必要在构件中挖孔或留孔，应尽可能地用圆孔代替其他形状的孔。

编辑：黄飞