Vad är en stresskoncentration?

Spänningskoncentration är ett fenomen som kan orsakas av ett hål, skarp böj eller defekt i ett föremål när kraft appliceras. Detta beror på att oegentligheter i ett objekts struktur tenderar att leda till en uppbyggnad av stress i vissa områden. Dessa platser benämns vanligen stresskoncentrationer, eftersom de representerar områden där spänningskrafter ökas. Ett objekt som är ganska enhetligt i strukturen tenderar att vara mycket mer motståndskraftigt än ett liknande objekt som har en eller flera spänningskoncentrationer. Detta beror på det faktum att det ökade trycket som finns i en spänningskoncentration typiskt lämnar ett föremål som är mycket mer sårbara för skador från att ha snappat, sprickat eller bryts på något annat sätt.

När strukturen hos ett föremål är ganska likformig kommer stress att tendera att fördelas jämnt över hela ämnet. Ett sätt att visualisera detta är ett platt bräde med jämnt fördelade kraftlinjer som löper längs ytan. Om ett hål borras in i brädet, kommer all spänning som appliceras på kortet koncentreras på vardera sidan av hålet. Detta beror på att kraftledningarna inte kan passera genom materialet som togs bort när hålet borrades. Kraftledningarna måste gå runt hålet, vilket resulterar i områden med koncentrerad spänning, vilket gör att brädet är mer benägna att brytas på den platsen, om överskottskraften appliceras.

Praktiskt taget alla objekt som saknar en helt enhetlig struktur kommer att innehålla någon typ av spänningskoncentration. Om ämnet som ett föremål är tillverkat av innehåller föroreningar eller defekter, oavsett hur små de är, tenderar de att resultera i koncentration av kraftledningar. Det gör det särskilt viktigt att ta bort alla föroreningar när du konstruerar föremål som kommer att utsättas för mycket stress. Små sprickor resulterar också i spänningskoncentration, vilket kan leda till mycket större sprickor över tid.

Den geometriska strukturen hos ett objekt kan också resultera i spänningskoncentration. Några vanliga exempel inkluderar ihåliga och rätvinkliga balkar och axlar med periferiska spår eller axelfileter. Var och en av dessa former har ett annat mönster av spänningskoncentration, vilket kan resultera i att ett objekt eller komponent misslyckas under vissa omständigheter. På grund av bristen på något stödmaterial i mitten tenderar en ihålig fyrkantig balk att misslyckas om den är vriden. Andra föremål, till exempel axlar som har spår eller filéer, kan misslyckas under vridning, böjning eller axiella krafter.