Che cos'è una concentrazione di stress?
La concentrazione dello stress è un fenomeno che può essere causato da un buco, una curva acuta o un difetto in un oggetto quando viene applicata la forza. Ciò è dovuto al fatto che le irregolarità nella struttura di un oggetto tenderanno a provocare un accumulo di stress in alcune aree. Tali posizioni sono in genere denominate concentrazioni di stress, poiché rappresentano aree in cui le forze di stress sono aumentate. Un oggetto che è abbastanza uniforme nella struttura tenderà ad essere molto più resistente di un oggetto simile che ha una o più concentrazioni di stress. Ciò è dovuto al fatto che l'aumento della pressione rilevata in una concentrazione di stress in genere lascia un oggetto molto più vulnerabile ai danni causati da schiocchi, crepe o rotture in qualche altro modo.
Quando la struttura di un oggetto è abbastanza uniforme, lo stress tenderà a essere distribuito uniformemente in tutta la sostanza. Un modo per visualizzarlo è una tavola piatta con linee di forza uniformemente distanziate che corrono lungo la superficie. Se viene praticato un foro nella scheda, qualsiasi sollecitazione applicata alla scheda verrà concentrata su entrambi i lati della buca. Ciò è dovuto al fatto che le linee di forza non possono passare attraverso il materiale rimosso durante la perforazione. Le linee di forza devono aggirare il foro, provocando aree di stress concentrato, rendendo più probabile la rottura della tavola in quel punto, se viene applicata una forza in eccesso.
Praticamente qualsiasi oggetto privo di una struttura completamente uniforme conterrà un certo tipo di concentrazione dello stress. Se la sostanza di cui è costituito un oggetto contiene contaminanti o difetti, non importa quanto piccoli, tenderanno a provocare la concentrazione delle linee di forza. Ciò rende particolarmente importante la rimozione di eventuali contaminanti durante la costruzione di oggetti che saranno sottoposti a molto stress. Piccole crepe provocano anche una concentrazione di stress, che può portare a fratture molto più grandi nel tempo.
La struttura geometrica di un oggetto può anche provocare concentrazione di stress. Alcuni esempi comuni includono travi cave e ad angolo retto e alberi con scanalature circonferenziali o raccordi a spalla. Ognuna di queste forme ha un diverso modello di concentrazione dello stress, che può provocare il fallimento di un oggetto o componente in determinate circostanze. A causa della mancanza di materiale di supporto al centro, una trave quadrata vuota tenderà a guastarsi se viene attorcigliata. Altri oggetti, come alberi che hanno scanalature o filetti, possono guastarsi sotto forza di torsione, flessione o assiale.