Qu'est-ce qu'une concentration de stress?
La concentration de contraintes est un phénomène pouvant être causé par un trou, une courbure prononcée ou un défaut d'un objet lorsque la force est appliquée. Cela est dû au fait que les irrégularités dans la structure d'un objet auront tendance à entraîner une accumulation de stress dans certaines zones. Ces zones sont généralement appelées concentrations de stress, car elles représentent des zones dans lesquelles les forces de stress sont augmentées. Un objet de structure assez uniforme aura tendance à être beaucoup plus résistant qu'un objet similaire ayant une ou plusieurs concentrations de contraintes. Cela est dû au fait que la pression accrue constatée dans une concentration de contraintes rend un objet beaucoup plus vulnérable aux dommages résultant d'une rupture, d'une fissure ou d'une rupture d'une autre manière.
Lorsque la structure d'un objet est relativement uniforme, le stress aura tendance à se répartir uniformément dans la substance. Une façon de visualiser ceci est un tableau plat avec des lignes de force régulièrement espacées le long de la surface. Si un trou est percé dans la planche, toute contrainte appliquée à la planche sera concentrée de part et d'autre du trou. Cela est dû au fait que les lignes de force ne peuvent pas traverser le matériau qui avait été enlevé lors du forage. Les lignes de force doivent contourner le trou, ce qui crée des zones de stress concentré, ce qui rend la planche plus susceptible de se rompre à cet endroit si une force excessive est appliquée.
Pratiquement tout objet dépourvu de structure entièrement uniforme contiendra un type de concentration de contrainte. Si la substance à partir de laquelle un objet est fabriqué contient des contaminants ou des défauts, aussi petits soient-ils, ils auront tendance à entraîner une concentration des lignes de force. Il est donc particulièrement important d’éliminer tous les contaminants lors de la construction d’objets soumis à de fortes contraintes. Les petites fissures entraînent également une concentration de stress qui peut conduire à des fractures beaucoup plus importantes au fil du temps.
La structure géométrique d'un objet peut également entraîner une concentration de contraintes. Certains exemples courants incluent les poutres creuses et à angle droit, et les arbres avec des rainures circonférentielles ou des congés d'épaule. Chacune de ces formes a un motif de concentration de contraintes différent, ce qui peut entraîner la défaillance d'un objet ou d'un composant dans certaines circonstances. En raison de l'absence de matériau de support au centre, une poutre carrée creuse aura tendance à échouer si elle est tordue. D'autres objets, tels que des arbres comportant des rainures ou des congés, peuvent tomber en panne sous l'effet de forces de torsion, de flexion ou axiales.