Was ist eine Stresskonzentration?
Spannungskonzentration ist ein Phänomen, das durch ein Loch, eine scharfe Biegung oder ein Defekt in einem Objekt verursacht werden kann, wenn die Kraft angewendet wird. Dies liegt an der Tatsache, dass Unregelmäßigkeiten in der Struktur eines Objekts dazu neigen, in bestimmten Bereichen einen Stress aufzubauen. Diese Standorte werden typischerweise als Spannungskonzentrationen bezeichnet, da sie Bereiche darstellen, in denen Stresskräfte erhöht werden. Ein Objekt, das in der Struktur ziemlich gleichmäßig ist, ist tendenziell viel widerstandsfähiger als ein ähnliches Objekt, das eine oder mehrere Spannungskonzentrationen aufweist. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der erhöhte Druck in einer Spannungskonzentration ein Objekt typischerweise viel anfälliger für Schäden durch das Abschneiden, Knacken oder Aufbrechen auf andere Weise lässt.
Wenn die Struktur eines Objekts ziemlich gleichmäßig ist, wird die Spannung tendenziell gleichmäßig über die Substanz verteilt. Eine Möglichkeit, dies zu visualisieren, ist eine flache Platine mit gleichmäßig verteilten Kraftlinien, die entlang der Oberfläche verlaufen. Wenn ein Loch in das gebohrt wirdBoard, jeder auf die Board angewendete Spannung wird auf beiden Seiten des Lochs konzentriert. Dies liegt an der Tatsache, dass die Kraftlinien nicht durch das Material passieren können, das beim Bohren des Lochs entfernt wurde. Die Kraftlinien müssen um das Loch gehen, was zu Bereichen mit konzentriertem Stress führt, wodurch die Wahrscheinlichkeit an dieser Stelle häufiger durchbricht, wenn überschüssige Kraft angewendet wird.
Praktisch jedes Objekt, dem eine völlig gleichmäßige Struktur fehlt, enthält eine Art Spannungskonzentration. Wenn die Substanz, aus der ein Objekt hergestellt wird, Verunreinigungen oder Defekte enthält, egal wie klein sie sind, führt dazu, dass sie zur Konzentration von Kraftlinien führen. Dies macht es besonders wichtig, Verunreinigungen zu entfernen, wenn Objekte erstellt werden, die viel Stress ausgesetzt sind. Kleine Risse führen auch zu Spannungskonzentration, was im Laufe der Zeit zu viel größeren Frakturen führen kann.
Die GeometrieDie Struktur eines Objekts kann auch zu Spannungskonzentration führen. Einige häufige Beispiele sind hohle und rechte Winkelstrahlen sowie Wellen mit Umfangsnuten oder Schulterfilets. Jede dieser Formen hat ein anderes Muster der Spannungskonzentration, das unter bestimmten Umständen zum Versagen eines Objekts oder einer Komponente führen kann. Aufgrund des Fehlens eines Stützmaterials in der Mitte neigt ein hohler Quadratstrahl in der Regel, wenn es verdreht ist. Andere Objekte, wie z. B. Wellen mit Rillen oder Filets, können unter Torsion, Biegung oder axialen Kräften versagen.