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應(yīng)力集中對材料強(qiáng)度的影響程度取決于材料類型和載荷性質(zhì),具體表現(xiàn)為以下方面:
一、靜載荷下的影響
塑性材料(如低碳鋼)
應(yīng)力集中區(qū)域達(dá)到屈服極限后會發(fā)生塑性變形,應(yīng)力重分布使未屈服區(qū)域繼續(xù)承載,因此靜載下通??珊雎詰?yīng)力集中對整體強(qiáng)度的影響。
脆性材料(如鑄鐵、玻璃)
無屈服階段,應(yīng)力集中處直接達(dá)到強(qiáng)度極限引發(fā)局部斷裂,顯著降低構(gòu)件承載能力。但鑄鐵因內(nèi)部缺陷(氣孔、夾雜)主導(dǎo)應(yīng)力集中,外部幾何突變影響較小,靜載下可不單獨(dú)校核。
二、動載荷/疲勞載荷下的影響
無論材料塑性如何,應(yīng)力集中均會大幅降低疲勞強(qiáng)度:
成為裂紋萌生源,加速疲勞裂紋擴(kuò)展,導(dǎo)致構(gòu)件在遠(yuǎn)低于靜載強(qiáng)度時(shí)發(fā)生脆性斷裂。
例如螺栓、軸類零件80%以上的疲勞失效起源于幾何突變處(如螺紋根部、軸肩)。

三、關(guān)鍵參數(shù)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
應(yīng)力集中系數(shù)(Kt):定量表征幾何突變導(dǎo)致的應(yīng)力峰值(Kt=σmax/σnom),尖銳過渡區(qū)Kt可達(dá)3以上。
疲勞缺口敏感系數(shù)(Kf):用于疲勞校核,需基于名義應(yīng)力法引入(Kf≤Kt)。
設(shè)計(jì)優(yōu)化:避免尖角過渡,采用大半徑圓弧平滑幾何突變以降低Kt。
四、總結(jié)
應(yīng)力集中對強(qiáng)度的影響需結(jié)合材料塑性和載荷類型綜合判斷:
靜載:塑性材料影響較小,脆性材料需重點(diǎn)考慮;
動載/疲勞:對所有材料均需嚴(yán)格規(guī)避,是結(jié)構(gòu)失效的主要誘因。
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