形狀應力因數

形狀應力因數是機械工程中常見的問題,指物體中應力梯度局部增高的現象,一般出現在物體形狀急劇變化的地方,如缺口、孔洞、溝槽以及有剛性約束處。

簡介

形狀應力因數能使物體產生疲勞裂紋,也能使脆性材料製成的零件發生靜載斷裂。在應力集中處,應力的最大值與物體的幾何形狀和載入方式等因素有關。反映局部應力增高程度的參數有理論應力集中因數,它是峰值應力和不考慮應力集中時的名義應力的比值,它恆大於1,且與載荷的大小無關。對受單向均勻拉伸的無限大薄板中的圓孔,它等於3。工程構件的應力集中因數可以通過實驗法(如光彈法)和數值法確定。

理論

在構件或零件截面形狀和尺寸突變處（如階梯軸軸肩圓角、開孔、切槽等),局部應力遠遠大於按一般理論公式算得的數值，這種現象稱為應力集中。顯然，應力集中的存在不僅有利於形成初始的疲勞裂紋，而且有利於裂紋的擴展，從而降低零件的疲勞極限。在彈性範圍內，應力集中處的最大應力（又稱峰值應力）與名義應力的比值稱為理論應力集中因數。用Kt表示。

有效

理論應力集中因數隻考慮了零件的幾何形狀和尺寸的影響，沒有考慮不同材料對於應力集中具有不同的敏感性。因此，根據理論應力集中因數不能直接確定應力集中對疲勞極限的影響程度。考慮應力集中對疲勞極限的影響，工程上採用有效應力集中因數（efectivestresscon--centrationfactor），它是在材料、尺寸和載入條件都相同的前提下，光滑試樣與缺口試樣的疲勞極限的比值。