Stresová koncentrace

Koncentrace napětí  je jev výskytu zvýšených lokálních napětí v oblastech prudkých změn tvaru pružného tělesa a také v místech styku dílů. Oblast prostoru, ve které se tato napětí vyskytují, se nazývá koncentrátor napětí .

Studium koncentrace stresu

Koncentrace napětí je charakterizována teoretickým faktorem koncentrace napětí  - poměrem maximálního napětí v oblasti náboje k jmenovitému napětí (vypočteno za předpokladu, že náboj neexistuje):

Klasickým příkladem koncentrace napětí je Kirschův problém rovnoměrného napětí širokého pásu s malým otvorem uprostřed. Analytický výpočet ukazuje, že faktor koncentrace napětí je v tomto případě 3.

Koeficient lze určit analytickými, numerickými metodami (např. metoda konečných prvků ), experimentálně (pomocí metod fotoelasticity , křehkých povlaků). V moderních komplexech konečných prvků ( ANSYS , Nastran , Abaqus , SolidWorks Simulation ) lze studium koncentrátorů napětí provádět pomocí zahušťování sítě konečných prvků nebo speciálních metod ( submodelování , vytváření superprvků z konstrukčních dílů, které nepodléhají koncentraci napětí ).

Teoretický koeficient popisuje pouze vliv geometrie součásti a způsobu zatížení na teoretické napětí, ale nezohledňuje citlivost samotného materiálu na koncentraci. Tato hodnota nemusí adekvátně popisovat snížení pevnosti v přítomnosti koncentrátoru. V praxi se při výpočtu únavy zavádí pojem efektivního součinitele koncentrace napětí  - poměr mezí únosnosti dílu bez koncentrátoru a s koncentrátorem :

S ohledem na různé faktory ovlivňující únavovou pevnost se koeficient vypočítá takto:

kde

Vliv na pevnost konstrukce

Koncentrace napětí může ovlivnit pevnost různými způsoby v závislosti na povaze zatížení:

K boji proti negativnímu dopadu koncentrace stresu se používají následující metody:

Koncentrace stresu byla příčinou masivních havárií prvního komerčního proudového dopravního letadla na světě, Comet . Okna tohoto letadla měla čtvercový tvar, což napomáhalo koncentraci napětí v rozích, a nýty , které je drží, byly instalovány příliš často, což přispívalo k rychlému šíření trhlin.

Příklady koncentrátorů napětí ve strojírenství

Viz také

Poznámky

Literatura

Odkazy