Wat is een stressconcentratie?
Spanningsconcentratie is een fenomeen dat kan worden veroorzaakt door een gat, scherpe bocht of defect in een object wanneer kracht wordt uitgeoefend. Dit is te wijten aan het feit dat onregelmatigheden in de structuur van een object de neiging hebben om in bepaalde gebieden stress op te bouwen. Die locaties worden meestal aangeduid als stressconcentraties, omdat ze gebieden vertegenwoordigen waar stresskrachten worden verhoogd. Een object dat redelijk uniform van structuur is, zal doorgaans veel veerkrachtiger zijn dan een soortgelijk object dat een of meer spanningsconcentraties heeft. Dit is te wijten aan het feit dat de verhoogde druk die wordt gevonden in een stressconcentratie een object veel kwetsbaarder maakt voor schade door afbreken, barsten of op een andere manier breken.
Wanneer de structuur van een object redelijk uniform is, zal stress de neiging hebben gelijkmatig over de substantie te worden verdeeld. Een manier om dit te visualiseren is een plat bord met gelijkmatig verdeelde krachtlijnen die langs het oppervlak lopen. Als er een gat in het bord wordt geboord, zal de spanning die op het bord wordt uitgeoefend zich aan beide kanten van het gat concentreren. Dit komt door het feit dat de krachtlijnen niet door het materiaal kunnen gaan dat werd verwijderd toen het gat werd geboord. De krachtlijnen moeten rond het gat gaan, wat resulteert in gebieden met geconcentreerde spanning, waardoor de plaat meer kans heeft om op die plek te breken als er overmatige kracht wordt uitgeoefend.
Vrijwel elk object dat een volledig uniforme structuur mist, zal een soort stressconcentratie bevatten. Als de stof waaruit een object is gemaakt, verontreinigingen of defecten bevat, hoe klein ook, zullen deze de neiging hebben te resulteren in de concentratie van krachtlijnen. Dat maakt het vooral belangrijk om eventuele verontreinigingen te verwijderen bij het construeren van objecten die aan veel stress zullen worden blootgesteld. Kleine scheuren resulteren ook in spanningsconcentratie, wat na verloop van tijd tot veel grotere breuken kan leiden.
De geometrische structuur van een object kan ook leiden tot spanningsconcentratie. Enkele veel voorkomende voorbeelden zijn holle en rechte hoekbalken en assen met omtreksgroeven of schouderfilets. Elk van deze vormen heeft een ander patroon van spanningsconcentratie, wat kan resulteren in het falen van een object of component onder bepaalde omstandigheden. Vanwege het ontbreken van enig ondersteunend materiaal in het midden, zal een holle vierkante balk de neiging hebben om te falen als deze wordt gedraaid. Andere objecten, zoals assen met groeven of filets, kunnen bezwijken onder torsie, buiging of axiale krachten.