ストレス集中とは？

応力集中は、力が加えられたときに、穴、鋭い曲げ、または物体の欠陥によって引き起こされる現象です。 これは、オブジェクトの構造の不規則性が特定の領域にストレスを蓄積する傾向があるという事実によるものです。 これらの場所は、応力が増加する領域を表すため、通常、応力集中と呼ばれます。 構造がかなり均一なオブジェクトは、1つ以上の応力集中がある同様のオブジェクトよりもはるかに弾力性があります。 これは、応力集中で見られる圧力の増加により、通常、オブジェクトが他の方法で折れたり、割れたり、壊れたりすることによる損傷を受けやすくなるという事実によるものです。

オブジェクトの構造がかなり均一である場合、応力は物質全体に均等に分散される傾向があります。 これを視覚化する1つの方法は、等間隔のフォースラインが表面に沿って走るフラットボードです。 ボードに穴を開けると、ボードにかかる応力は穴の両側に集中します。 これは、力線が、穴が開けられたときに除去された材料を通過できないという事実によるものです。 フォースラインは穴の周りを回る必要があり、その結果、応力が集中する領域が生じ、過剰な力が加えられた場合、ボードがその場所で壊れやすくなります。

実質的に完全に均一な構造を欠くオブジェクトには、何らかのタイプの応力集中が含まれます。 物体の元となる物質に汚染物質や欠陥が含まれている場合、それがどんなに小さくても、力線が集中する傾向があります。 そのため、多くのストレスにさらされるオブジェクトを構築するときに、汚染物質を除去することが特に重要になります。 また、小さな亀裂は応力集中を引き起こし、時間がたつにつれてはるかに大きな破壊を引き起こす可能性があります。

オブジェクトの幾何学的構造により、応力が集中する可能性もあります。 一般的な例としては、中空ビームと直角ビーム、円周方向の溝または肩のフィレットが付いたシャフトがあります。 これらの形状にはそれぞれ異なる応力集中パターンがあり、特定の状況下ではオブジェクトまたはコンポーネントの故障につながる可能性があります。 中央に支持材がないため、中空の正方形の梁はねじれていると破損する傾向があります。 溝やフィレットがあるシャフトなどの他のオブジェクトは、ねじれ、曲げ、または軸方向の力によって破損する可能性があります。