Co to jest koncentracja stresu?
Koncentracja naprężeń jest zjawiskiem, które może być spowodowane otworem, ostrym wygięciem lub defektem obiektu, gdy przyłożona jest siła. Wynika to z faktu, że nieregularności w strukturze obiektu mogą powodować narastanie naprężeń w niektórych obszarach. Lokalizacje te są zwykle określane jako koncentracje naprężeń, ponieważ reprezentują obszary, w których siły naprężenia są zwiększone. Obiekt, który ma dość jednolitą budowę, będzie miał tendencję do bycia znacznie bardziej sprężystym niż podobny obiekt, który ma jedno lub więcej stężeń naprężeń. Wynika to z faktu, że zwiększone ciśnienie występujące w koncentracji naprężeń zwykle pozostawia obiekt o wiele bardziej podatny na uszkodzenia spowodowane odłamywaniem, pękaniem lub łamaniem w inny sposób.
Gdy struktura obiektu jest dość jednolita, naprężenia będą miały tendencję do równomiernego rozłożenia w całej substancji. Jednym ze sposobów wizualizacji tego jest płaska deska z równomiernie rozmieszczonymi liniami siły biegnącymi wzdłuż powierzchni. Jeśli otwór zostanie wywiercony w płycie, wszelkie naprężenia zastosowane na płycie zostaną skoncentrowane po obu stronach otworu. Wynika to z faktu, że linie sił nie mogą przechodzić przez materiał, który został usunięty podczas wiercenia otworu. Linie siły muszą przebiegać wokół otworu, co powoduje powstanie obszarów skoncentrowanego naprężenia, co zwiększa prawdopodobieństwo pęknięcia deski w tym miejscu, jeśli zostanie przyłożona nadmierna siła.
Praktycznie każdy obiekt pozbawiony całkowicie jednolitej struktury będzie zawierał pewien rodzaj koncentracji naprężeń. Jeśli substancja, z której wykonany jest przedmiot, zawiera jakiekolwiek zanieczyszczenia lub wady, bez względu na to, jak małe, będą miały tendencję do koncentracji linii sił. To sprawia, że szczególnie ważne jest usuwanie wszelkich zanieczyszczeń podczas konstruowania obiektów, które będą narażone na duże obciążenia. Małe pęknięcia powodują również koncentrację naprężeń, co z czasem może prowadzić do znacznie większych pęknięć.
Geometryczna struktura obiektu może również powodować koncentrację naprężeń. Niektóre typowe przykłady obejmują belki drążone i prostokątne oraz wały z obwodowymi rowkami lub zaokrągleniami. Każdy z tych kształtów ma inny wzór koncentracji naprężeń, co w pewnych okolicznościach może spowodować awarię obiektu lub elementu. Z powodu braku jakiegokolwiek materiału nośnego w środku, pusta kwadratowa belka będzie miała tendencję do awarii, jeśli zostanie skręcona. Inne obiekty, takie jak wały z rowkami lub zaokrągleniami, mogą ulec awarii pod wpływem sił skręcających, zginających lub osiowych.