偏拉與應(yīng)力集中分析實驗(ppt,共44)

偏拉拉與與應(yīng)應(yīng)力力集集中中分分析析實實驗驗2016.4問題題的的提提出出應(yīng)力力集集中中現(xiàn)現(xiàn)象象偏心心加加載載現(xiàn)現(xiàn)象象偏心心拉拉伸伸實實驗驗安安排排工程程實實際際中中，，由由于于構(gòu)構(gòu)件件的的特特殊殊要要求求、、加加載載的的需需要要，，或或不不正正常常的的加加載載，，會會出出現(xiàn)現(xiàn)所所謂謂的的”不理理想想”的情情況況或或用用我我們們學(xué)學(xué)過過的的理理論論知知識識無無法法解解釋釋和和分分析析的的問問題題。。而而這這些些問問題題一一般般都都是是構(gòu)構(gòu)件件發(fā)發(fā)生生破破壞壞的的主主要要原原因因。。在在你你生生活活中中觀觀察察到到這這些些情情況況嗎嗎？？如如何何對對它它作作出出正正確確的的判判斷斷和和分分析析?偏心心在在工工程程實實際際中中存存在在狀狀況況偏心心加加載載是是一一種種很很普普遍遍的的狀狀態(tài)態(tài)，，由由于于各各種種原原因因，，很很難難將將理理想想載載荷荷加加到到物物體體上上（（構(gòu)構(gòu)件件條條件件和和加加載載條條件件限限制制等等））。。比比如如教教學(xué)學(xué)實實驗驗中中的的軸軸向向拉拉壓壓加加載載實實驗驗，，彈彈性性常常數(shù)數(shù)測測試試實實驗驗等等。。對于于脆脆性性材材料料的的承承壓壓構(gòu)構(gòu)件件，，由由于于這這些些材材料料抗抗拉拉性性能能差差，，在在設(shè)設(shè)計計時時應(yīng)應(yīng)盡盡量量不不使使橫橫截截面面出出現(xiàn)現(xiàn)拉拉應(yīng)應(yīng)力力。。如如鋼鋼筋筋混混凝凝土土受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件在在設(shè)設(shè)計計中中將將偏偏心心加加載載影影響響作作為為重重要要問問題題考考慮慮并并有有偏偏心心加加載載防防范范措措施施（（如如配配鋼鋼筋筋位位置置和和拉拉壓壓區(qū)區(qū)域域鋼鋼筋筋配配比比等等））。。舉例例：：北北美美一一座座高高層層建建筑筑在在施施工工過過程程發(fā)發(fā)生生坍坍塌塌的的過過程程和和機機理理后后，，從從力力學(xué)學(xué)上上分分析析坍坍塌塌的的原原因因：：在在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和施施工工設(shè)設(shè)計計中中，，錯錯誤誤地地將將承承受受偏偏心心載載荷荷的的懸懸掛掛樓樓板板的的螺螺栓栓當當作作承承受受軸軸向向載載荷荷。。偏心心造造成成的的事事故故舉舉例例2010年10月1日-這是是一一起起無無證證設(shè)設(shè)計計、、無無證證施施工工造成成的重重大大事故故。(...由于于持力力層層土土質(zhì)質(zhì)為為高高壓壓縮縮性性土土,在重重力力偏心心的作作用用...采取取了了在在傾傾斜斜一一側(cè)側(cè)減減載載與與在在對對應(yīng)應(yīng)一一側(cè)側(cè)加載載,以及及...2010年10月30日-就不不會會造成成塔機機在在頂頂升升工工況況下下的的偏心心力矩矩加大大,事故故...由于于某些些管管理理人人員員安安全全意意識識淡淡薄薄,管理理上上的的松松懈懈,造成成一些些...竣工工前前夕夕發(fā)發(fā)生生特特別別重重大大坍坍塌塌事故故,造成成64人死死亡亡,4人...互通通A匝道道橋橋模模板板支支架架在在加載載預(yù)壓壓時時整整體體垮垮塌塌,造成成6人...加工工制制作作粗粗糙糙、、安安裝裝存存在在偏心心,影響響側(cè)側(cè)向向穩(wěn)穩(wěn)定定接接差差,...2007年12月21日-由于于擅自自變變更更施施工工方方案案而而引發(fā)發(fā)的生生產(chǎn)產(chǎn)安安全全責責任任事故故。...不能能滿滿足足承承載載力力的的需需要要,加載后致使模板板支撐系統(tǒng)...造成模板支撐架體體偏心受壓,整體不穩(wěn);現(xiàn)場施工...一家以建筑工工程為主業(yè)的的工程處,技術(shù)主管和測測量人員第一一次從事鐵路路曲線橋施工工,不了解設(shè)置預(yù)預(yù)偏心的意義,按設(shè)計線路中中線定出墩位位中線,導(dǎo)致此次測量事故,線下施工...偏心事故舉例例2012年哈爾濱陽明明灘大橋疏解解工程發(fā)生垮垮塌。該坍塌塌事故的表現(xiàn)現(xiàn)形式是一段段橋梁板整體體向外發(fā)生側(cè)側(cè)移和傾覆，，極有可能是是由于該段橋橋梁板兩端的的支撐失效，，與建造質(zhì)量量或車輛偏心心超載似有關(guān)關(guān)聯(lián)，或者與與兩者都有關(guān)關(guān)系。發(fā)生坍坍塌的部位是是引橋與主橋橋相連的一段段，其中間采采用了單柱支支撐，這種橋橋梁結(jié)構(gòu)在偏心大載荷荷條件下很容容易發(fā)生側(cè)移移和傾覆事故故。偏心加載事故故舉例2004年9月，南京某工工地正在安裝裝一臺剛購買買的塔式起重重機機，在采采用液壓裝置置自行頂升安安裝塔身標準準節(jié)的過程中中，塔機頂升升外套架上面面的橫梁節(jié)點點焊接縫撕脫脫，外套架及及轉(zhuǎn)臺以上的的結(jié)構(gòu)向平衡衡臂方向傾倒倒，起重臂在在空中翻轉(zhuǎn)180°后墜落至平衡衡臂方向，塔塔機上安裝操操作工人墜落落地面，造成成多名工人受受傷……塔機的《使用說明書》中規(guī)定了“頂頂升安裝標準準節(jié)過程中塔塔機應(yīng)處于前前后最佳平衡衡狀態(tài)(即塔身所受不不平衡彎矩為為最小)”的操作要求，，而且還規(guī)定定“在加高塔塔身時，必須須在吊下一節(jié)節(jié)標準節(jié)之前前，塔身每根根主肢桿和下下轉(zhuǎn)臺之間至至少應(yīng)上好一一個高強螺栓栓”。從安裝現(xiàn)場場看，操作人人員并沒有嚴嚴格按照有關(guān)關(guān)規(guī)定和《使用說明書》的要求，使塔塔機處于最佳佳平衡狀態(tài)，，也沒有在吊吊運標準節(jié)之之前安裝好塔塔身高強螺栓栓，致使在頂頂升工況下，，塔身上部向平平衡臂方向的的偏心矩由6.17t?m增加到29.63t?m，偏心荷載加加大了4.8倍，并作用在頂頂升外套架的的上、下導(dǎo)向向滾輪之上。。這是此類塔塔機在裝拆過過程中，只要要違反上述安安全操作規(guī)程程，就會造成成的最常見的的事故隱患。。高層建筑混凝凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)術(shù)規(guī)程框架結(jié)構(gòu)中梁梁柱偏心會對對結(jié)構(gòu)構(gòu)件尤尤其是柱的受受力帶來不利利影響，所以以《高層建筑混凝凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)術(shù)規(guī)程》規(guī)定框架梁、、柱中心線宜宜重合，當梁梁柱中心線不不能重合時，，計算中應(yīng)考考慮偏心對結(jié)結(jié)構(gòu)的影響。。梁端加腋能能減小梁柱偏偏心距，并已已為眾多試驗驗所證明可改改善梁柱節(jié)點點的受力狀況況，但如果其其設(shè)置的尺寸寸不合適，反反而會給結(jié)構(gòu)構(gòu)帶來不利影影響，所以，，《高層建筑混凝凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)術(shù)規(guī)程》規(guī)定可通過梁梁水平加腋對對梁柱偏心進進行處理，但但同時對梁水水平加腋的尺尺寸進行了限限制。另外，，由于梁柱偏偏心會增加結(jié)結(jié)構(gòu)的自振周周期，所以在在軟弱地基上上設(shè)計框架結(jié)結(jié)構(gòu)時，更應(yīng)應(yīng)該避免梁柱柱偏心，以免免對結(jié)構(gòu)帶來來更為不利的的影響。組合受力舉例例實驗?zāi)康?、認識偏心加加載對桿件承承載的影響及及應(yīng)力分布的的特點；2、測定偏拉試試件被測截面面的應(yīng)力分布布，分析其內(nèi)內(nèi)力分量；3、測定偏心距距；4、測定材料的的彈性模量；；5、通過觀察應(yīng)應(yīng)力集中的現(xiàn)現(xiàn)象，了解應(yīng)應(yīng)力集中的特特點和分布規(guī)規(guī)律，了解缺缺口形式及尺尺寸對應(yīng)力集集中系數(shù)影響響。實驗設(shè)備和試試件1、WDW-100（WDW-100E）電子萬能試試驗機2、YE2539高速靜態(tài)應(yīng)變變儀3、偏拉試件(45號鋼)（已貼應(yīng)變片片）偏心加載對桿桿件的影響及及內(nèi)力測定試件材料：45號鋼試件名義尺寸寸厚度：6mm測量截面：寬寬40mm剩余截面：寬寬50mmm許可應(yīng)力[б]=50MPa應(yīng)變片靈敏系系數(shù)K＝2.08偏心拉伸試件件正面布片示意圖實驗安排1、根據(jù)給出的的被測材料的的許可應(yīng)力,計算實驗允許許的最大載荷荷Pmax。在初載荷、、末載荷（小小于Pmax）之間，采用用分級加載（（至少5個點）的方法法加載并記錄錄不同載荷下下的各點應(yīng)變變數(shù)據(jù)。要求求實驗至少重重復(fù)兩次，如如果數(shù)據(jù)穩(wěn)定定、重復(fù)性好好即可。2、選取測點選選用組橋方式式直接測出與與各內(nèi)力有關(guān)關(guān)的應(yīng)變。注意事項實驗前要確定定加載范圍和和加載方案，，并經(jīng)帶課老老師認可后再再加載實驗；；只能在安裝試試件前將載荷荷顯示清零；；不要超載（小小于給定最大大載荷）；不要超速（加加卸載速度均均小于2mm/min，應(yīng)變采集前前降低速度不不停機采應(yīng)變變)。注意試件各電電阻應(yīng)變片連連接到應(yīng)變儀儀的順序和通通道號。應(yīng)力集中問題題分析應(yīng)力集中是指指受力構(gòu)件由由于幾何形狀狀、外形尺寸寸發(fā)生突變而而引起局部范范圍內(nèi)應(yīng)力顯顯著增大的現(xiàn)現(xiàn)象。在應(yīng)力力集中的同時時，還會形成成平面或三向向應(yīng)力狀態(tài)，，增加了材料料的脆化趨勢勢。開半圓槽薄板板應(yīng)力集中數(shù)數(shù)據(jù)分析點號0左缺口邊緣反面1左缺口處2左缺口邊緣正面34缺口截面中點正面51號試件4號試件14215227732717619010710510711111599點號6右缺口邊緣正面7右缺口處8右缺口邊緣反面

9缺口截面中點反面10均勻區(qū)正面11均勻區(qū)反面1號試件4號試件187183345300165149911001299878108試件材料：45號鋼試件名義尺寸寸：均勻區(qū)60mm×7mm(面積420mm2，21.4MPa)試件中間截面面兩邊開半圓圓缺口，半徑徑5mm，缺口處最小截截面50mm×7mm(面積350mm2，25.7MPa)應(yīng)力集中試件布片示意圖ΔF=9KN3271901051119918330098(129)12(0)34(9)56(8)7缺口處應(yīng)力約約60MPa（彈性模量按按200GPa計算)應(yīng)力集中問題題舉例-汽輪機轉(zhuǎn)子汽輪機轉(zhuǎn)子的的金屬事故主主要是葉輪、、主軸（轉(zhuǎn)子子）的變形及及開裂。1.主軸（轉(zhuǎn)子））的塑性變形形2.轉(zhuǎn)子的斷裂轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子斷裂將造造成嚴重事故故，應(yīng)引起十十分重視。斷斷裂的起因是是出現(xiàn)裂紋。。轉(zhuǎn)子發(fā)現(xiàn)第第一條宏觀裂裂紋，在大型型汽輪機中往往往作為汽輪輪機工作壽命命結(jié)束的標志志。轉(zhuǎn)子產(chǎn)生生裂紋的原因因主要有以下下幾點：（（1）、在熱交變變應(yīng)力（低頻頻熱應(yīng)力）和和蠕變聯(lián)合作作用下出現(xiàn)裂紋；（（2）、截面交界界處過渡圓角偏小小、存在刀痕等原因會導(dǎo)致致機械應(yīng)力或或熱應(yīng)力集中，在交變應(yīng)力力作用下產(chǎn)生生裂紋；（（3）、材質(zhì)不良良，存在嚴重冶金缺陷陷而導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生；（（4）、運行不當當而引起損壞壞。如啟、停停機，變負荷荷等情況下，，溫度變化率率及溫度變化化量過大，引引起熱應(yīng)力過過大等。3.葉輪的開裂葉葉輪開裂主要要出現(xiàn)在低壓壓級。由于葉葉輪直徑大，，離心力大，，長期運行中中鍵槽處由于于應(yīng)力集中容易出現(xiàn)裂紋，裂紋發(fā)展到到一定深度會會引起整個葉葉輪飛裂。應(yīng)力集中問題題舉例-模具失效原因因模具斷裂過程程有兩種：一一次性斷裂和和疲勞斷裂。。一次性斷裂裂為模具有時時在沖壓時突突然斷裂，裂裂紋一旦萌生生，后即失穩(wěn)穩(wěn)、擴展。(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合合理引起失效效。尖銳轉(zhuǎn)角(此處應(yīng)力集中高于平均應(yīng)力力十倍以上)和過大的截面面變化造成應(yīng)力集中，常常成為許許多模具早期期失效的根源源。并且在熱熱處理淬火過過程中，尖銳銳轉(zhuǎn)角引起殘殘余拉應(yīng)力，，縮短模具壽壽命。(2)模具材料質(zhì)量量差引起的失失效。a．夾雜物過多多引起失效。。鋼中存在夾雜雜物足模具內(nèi)部產(chǎn)產(chǎn)生裂紋的根源，尤其其是脆性氧化化物和硅酸鹽鹽等，在熱壓壓力加工中不不發(fā)生塑性變變形，只會引引起脆性的破破裂而形成微微裂紋。在以以后的熱處理理和使用中訪訪裂紋進一步步擴展，而引引起模具的開開裂。此外，，在磨削中，，由于大顆粒粒夾雜物剝落落造成表面孔孔洞。b．表面脫碳引引起失效。c．碳化物分布布不勻，引起起失效。(3)模具的機加工工不當。a切削中的刀痕痕：模具的型腔腔部位或凸模模的圓角部位位在機加工中中，常常因進進刀太深而使使局部留下刀刀痕，造成嚴嚴重應(yīng)力集中，當進行淬火火處理時，應(yīng)力集中部位位極易產(chǎn)生微微裂紋。b電加工引起失失效。c磨削加工造成成失效(4)模具熱處理工工藝不合適。。應(yīng)力集中問題題舉例-焊接結(jié)構(gòu)疲勞勞斷裂據(jù)統(tǒng)計計，由由于疲疲勞而而失效效的金金屬結(jié)結(jié)構(gòu)，，約占占失效效結(jié)構(gòu)構(gòu)的90%。疲勞勞斷裂裂的過過程由由三個個階段段所組組成：：1）在承承受重重復(fù)載載荷的的結(jié)構(gòu)構(gòu)的應(yīng)力集集中部部位產(chǎn)產(chǎn)生疲疲勞裂裂紋（此時時結(jié)構(gòu)構(gòu)所受受應(yīng)力力低于于彈性性極限限）；；2）疲勞勞裂紋紋穩(wěn)定定擴展展；3）結(jié)構(gòu)構(gòu)斷裂裂。焊接結(jié)結(jié)構(gòu)較較其它它結(jié)構(gòu)構(gòu)（如如鉚接接結(jié)構(gòu)構(gòu)）更更容易易產(chǎn)生生疲勞勞斷裂裂，這這是因因為：：1）鉚接接結(jié)構(gòu)構(gòu)的疲疲勞裂裂紋發(fā)發(fā)展遇遇到釘釘孔或或板層層間隔隔會受受阻，，焊接接結(jié)構(gòu)構(gòu)由于于其整整體性性，一一旦產(chǎn)產(chǎn)生裂裂紋，，裂紋紋擴展展不受受阻止止，直直至整整個構(gòu)構(gòu)件斷斷裂。。2）焊接接連接接不可可避免免地存存在著著產(chǎn)生生應(yīng)力集集中的夾渣渣、氣氣孔、、咬邊邊等缺缺陷。。3）焊縫縫區(qū)存存在著著很大大的殘殘余拉拉應(yīng)力力。幾幾個典典型的的焊接接結(jié)構(gòu)構(gòu)疲勞勞斷裂裂事例例見圖圖。應(yīng)力集集中問問題舉舉例-焊接結(jié)結(jié)構(gòu)疲疲勞斷斷裂a為直升升飛機機起落落架的的疲勞勞斷裂裂。裂裂紋從從應(yīng)力集集中很高的的角接接板尖尖端開開始，，該機機飛行行著陸陸時發(fā)發(fā)生破破壞，，屬于于低周周疲勞勞。b為載重重汽車車底架架縱梁梁的疲疲勞斷斷裂。。該梁梁板厚厚5mm，承受受反復(fù)復(fù)的彎彎曲應(yīng)應(yīng)力，，在角角鋼和和縱梁梁的焊焊接處處，因因應(yīng)力集集中很高而而產(chǎn)生生疲勞勞裂紋紋而破破壞，，此時時該車車已運運行30000km。應(yīng)力集集中問問題舉舉例應(yīng)力集集中問問題舉舉例例-手機應(yīng)力集集中問問題舉舉例光彈法法是一一種光光學(xué)應(yīng)應(yīng)力測測量方方法。。它是是將具具有雙雙折射射效應(yīng)應(yīng)的透透明材材料制制成的的模型型置于于偏振振光場場中。。當給給模型型加載載后，，模型型上產(chǎn)產(chǎn)生干干涉條條紋圖圖。條條紋與與各點點應(yīng)力力狀態(tài)態(tài)有關(guān)關(guān)。等差線線就是是各點點主應(yīng)應(yīng)力差差（σ1－σ2）相等等的線線。等傾線線上各各點主主應(yīng)力力方向向一致致。原原理見見實驗驗教材材P61.幾個模模型等等差線線（等等色線線）圖圖應(yīng)力集集中主主要原原因構(gòu)件中中產(chǎn)生生應(yīng)力力集中中的原原因主主要有有：（1）截面面的急急劇變變化。。如：：構(gòu)件件中的的油孔孔、鍵鍵槽、、缺口口、臺臺階等等；（2）受集集中力力作用用。如如：齒齒輪輪輪齒之之間的的接觸觸點，，火車車車輪輪與鋼鋼軌的的接觸觸點等等；（3）材料料本身身的不不連續(xù)續(xù)性。。如材材料中中的夾夾雜、、氣孔孔等；；（4）構(gòu)件件中由由于裝裝配、、焊接接、冷冷加工工、磨磨削等等而產(chǎn)產(chǎn)生的的裂紋紋；（5）構(gòu)件件在制制造或或裝配配過程程中，，由于于強拉拉伸、、冷加加工、、熱處處理、、焊接接等而而引起起的殘殘余應(yīng)應(yīng)力。。這些些殘余余應(yīng)力力疊加加上工工作應(yīng)應(yīng)力后后，有有可能能出現(xiàn)現(xiàn)較大大的應(yīng)應(yīng)力集集中；；（6）構(gòu)件件在加加工或或運輸輸中的的意外外碰傷傷和刮刮痕。。應(yīng)力集集中特特點之之一－－應(yīng)力力集中中發(fā)生生在局局部區(qū)區(qū)域無限大大板小小圓孔孔情況況條件：無限大大板中心小小圓孔孔彈性范范圍內(nèi)內(nèi)應(yīng)力集集中系系數(shù)Kt＝σmax/σN=3有限寬寬板應(yīng)應(yīng)力集集中系系數(shù)dDrKtr/d0.10.20.30.40.53.02.62.21.81.4對于有有限板板寬的的含孔孔板材材，其其應(yīng)力力集中中系數(shù)數(shù)隨著著圓孔孔直徑徑與板板寬的的比值值降低低而下下降，，且Kt<3。r/d0.20.40.60.81.03.02.82.62.42.2rd/2Dd=D-2rd=D-2r應(yīng)力集集中的的特點點之二二－應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)改改變（1）孔邊邊應(yīng)力力（ρ=r），σφ=q(1-2cos2φ)最大應(yīng)應(yīng)力3q，最小小應(yīng)力力-q。（2)y軸（φ=90°°）上應(yīng)力力（缺缺口截截面））：xy缺口的的存在在，除除造成成應(yīng)力力集中中外，，還會會引起起平面面（薄薄板））或三三向（（厚板板）拉拉應(yīng)力力狀態(tài)態(tài)。(1)單向應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)τ=б1/2(2)多向應(yīng)應(yīng)力狀狀態(tài)τ=（б1-б3）/2當б1達到材材料屈屈服強強度,材料也也不會會屈服服，即即多向向拉伸伸狀態(tài)態(tài)抑制制了缺缺口的的塑性性變形形。r應(yīng)力集集中與與缺口口形狀狀的關(guān)關(guān)系討討論切口根根部出出現(xiàn)兩兩向或或三向向應(yīng)力力集中中的原原因是是，為為保持持材料料的宏宏觀連連續(xù)性性，使使得缺缺口根根部材材料的的橫向向應(yīng)變變受到到約束束而引引起的的。缺口形形狀對對構(gòu)件件承載載的影影響圓孔與與橢圓圓孔σmax＝σN(1+2a/b)當a=b,圓孔，，σmax＝3σN當a>b,橢圓孔孔，σmax>3σN如：a/b=2時,σmax=5σN；a/b=10時,σmax=21σN；a/b=100時,σmax=201σN；當長軸軸a垂直于于主應(yīng)應(yīng)力方方向時時，a/b越大，，應(yīng)力力集中中系數(shù)數(shù)就越越大。缺口形形狀對對構(gòu)件件承載載的影影響缺口形形狀一一般用用缺口口的曲曲率半半徑ρ和缺口角ω來描述。應(yīng)力集中程程度與缺口口尖銳程度度有關(guān)。缺缺口愈尖銳銳，應(yīng)力梯梯度愈大，，應(yīng)力集中中系數(shù)也愈愈大。圖中兩種缺缺口試件，，光滑部分分直徑15mm，缺口部分分直徑8.6mm。圖a缺口曲率半半徑為4.3mm,是鈍缺口外加載荷65707N,孔邊最大應(yīng)應(yīng)力1177MPa，缺口截面面名義應(yīng)力力1132MPa。圖b缺口曲率半半徑為0.5mm,是尖缺口當外加載荷荷17260N,孔邊最大應(yīng)應(yīng)力1177MPa，缺口截面面名義應(yīng)力力297MPa。缺口形狀對對構(gòu)件承載載的影響裂紋（（舉例：飛機機事故）大量斷裂事事故表明：：構(gòu)件中存存在的裂紋紋或缺陷，，使材料脆脆性斷裂的的傾向增加加，造成低低應(yīng)力脆斷斷。對于高強度鋼構(gòu)構(gòu)件或中低低強鋼的大大型構(gòu)件，盡管工工作應(yīng)力力遠低于于屈服強強度，而而且材料料具有一一定的塑塑性和韌韌性，但但往往突突然發(fā)生生脆斷。。通過對對斷口分分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，斷裂裂總是從從裂紋尖尖端引起起的。顯顯然這種種含有裂裂紋的構(gòu)構(gòu)件不能能再用傳傳統(tǒng)的強強度條件件進行強強度計算算，而要要由斷裂力學(xué)學(xué)理論來解解決。裂裂紋尖端端應(yīng)力場場是奇異異的，應(yīng)應(yīng)力大小小已不能能用一般般彈性力力學(xué)的公公式來計計算。應(yīng)應(yīng)力場的的強弱由由KI表示。它它被稱為為應(yīng)力場強強度因子子。平面應(yīng)變變斷裂韌韌性KIC就是反映映材料抵抵抗裂紋紋擴展的的一種能能力，是是材料力力學(xué)性能能。KIC=yσ(a)1/2當KI超過臨界界值KIC，構(gòu)件由由于裂紋紋失穩(wěn)擴擴展而發(fā)發(fā)生斷裂裂。在應(yīng)力集集中處誘誘發(fā)裂紋紋，在循循環(huán)載荷荷作用下下裂紋從從開裂到到穩(wěn)定擴擴展，最最后失穩(wěn)穩(wěn)擴展而而使構(gòu)件件突然斷斷裂。疲勞裂紋紋及擴展展過程1954年1月10日，一架架英國航航空公司司的“彗彗星”型型客機從從意大利利羅馬起起飛，起起飛后26分鐘，機機身在空空中解體體，墜入入地中海海，機上上所有乘乘客和機機組人員員全部遇遇難。這這次事故故震驚了了全世界界。在此此一年的的時間里里，共有有3架“彗星星”型客客機在空空中先后后解體墜墜毀。此此慘劇促促使科學(xué)學(xué)家開始始研究低低應(yīng)力斷斷裂的““裂紋力力學(xué)”，，即斷裂裂力學(xué)逐逐漸形成成。對事故的的調(diào)查發(fā)發(fā)現(xiàn)，““彗星””客機采采用的是是方形舷窗窗。經(jīng)多次起起降后，，在方形形舷窗拐拐角（直直角）處處會出現(xiàn)現(xiàn)金屬疲疲勞導(dǎo)致致的裂紋紋（裂隙隙）。正是這這個小小小的裂紋紋引起了了災(zāi)難事事故。后后來，所所有客機機舷窗均均采用圓圓形或設(shè)設(shè)計有很很大的圓圓角，以以減小應(yīng)應(yīng)力集中中，提高高金屬疲疲勞強度度；延緩緩疲勞裂裂紋的發(fā)發(fā)生。與應(yīng)力集集中有關(guān)關(guān)問題(1)與材料有有關(guān)不同材料料對應(yīng)力力集中的的敏感度度不同。。對于組織織均勻的的脆性材材料，因因材料不不存在或或發(fā)生很很小的塑塑性變形形，當孔孔邊最大大應(yīng)力值值達到材材料強度度極限時時，立即即破壞。。因此應(yīng)應(yīng)力集中中將大大大降低脆脆性材料料構(gòu)件的的強度；；對于韌性性材料，，當孔邊邊的最大大應(yīng)力達達到屈服服強度時時，該處處材料首首先屈服服，應(yīng)力力不再增增加。如如外力繼繼續(xù)增加加，增加加的應(yīng)力力就由截截面尚未未屈服的的材料所所承擔，，使截面面其它點點的應(yīng)力力相繼增增大到屈屈服極限限，該截截面應(yīng)力力逐漸趨趨于均勻勻（應(yīng)力力能重新新分布））。有缺口，，對塑性性材料來來說提高高了強度度，但降降低了塑塑性（即即缺口不不敏感））；對脆脆性材料料，則提提前破壞壞（缺口口敏感））。金屬韌性性材料應(yīng)應(yīng)力集中中特點—應(yīng)力重新新分布(a)(b)(c)(a)缺口邊最最大應(yīng)力力未到屈屈服強度度，整個個截面發(fā)發(fā)生的是是彈性變變形；(b)、(c)當缺口邊邊最大應(yīng)應(yīng)力達到到屈服極極限,缺口處首首先開始始發(fā)生塑塑性變形形，其它它部分仍仍為彈性性變形；；若再增增加外力力，此處處應(yīng)力不不增加，，遠離缺缺口點的的應(yīng)力逐逐漸增加加到屈服服極限，，塑性變變形從孔孔邊向兩兩邊擴展展、范圍圍擴大，，彈性變變形部分分變小。。最后截截面上的的應(yīng)力趨趨于平均均。圓孔孔變成橢橢圓孔。。最大應(yīng)力力位于塑塑性變形形區(qū)和彈彈性變形形區(qū)交界界上。如如果缺口口為非圓圓型或材材料偏脆脆，則僅僅發(fā)生部部分塑性性變形，，最大應(yīng)應(yīng)力達到到抗拉強強度使材材料斷裂裂。對于于脆性材材料，不不發(fā)生塑塑性變形形，最大大應(yīng)力達達到抗拉拉強度直直接斷裂裂。應(yīng)力再重重新分布布的程度度與缺口口應(yīng)力集集中程度度和材料料有關(guān)靜載作用用時，韌韌性材料料在構(gòu)件件平均應(yīng)應(yīng)力低于于許可應(yīng)應(yīng)力時，，可以不不考慮應(yīng)應(yīng)力集中中問題。。而低韌韌性或脆脆性材料料，則要要盡量避避免有缺缺口。但但應(yīng)力集集中對材材料的疲疲勞壽命命影響很很大，無無論是脆脆性材料料還是韌韌性材料料的疲勞勞問題，，都必須須考慮應(yīng)應(yīng)力集中中。復(fù)合材料料的應(yīng)力力集中問問題復(fù)合材料料中的纖纖維是主主要承載載的組分分，所以以不同纖纖維分布布對缺陷陷的敏感感性差異異很大。。纖維增增強復(fù)合合材料不不同鋪層層方向?qū)θ笨诘牡拿舾谐坛潭却蟛徊幌嗤?。。對于纖維縱向向分布如a，即順纖纖維加載載時，板板邊缺口口附近應(yīng)應(yīng)力集中中引起纖纖維與基基體界面面沿纖維維方向脫脫落，由由此缺陷陷張開鈍化，減輕了了應(yīng)力集集中。這這種情況況對缺陷不不敏感。對于纖維橫向向分布如b，即垂直直于纖維維方向加加載時,不存在缺缺口鈍化化，裂紋紋很容易易順原方方向擴展展，而使使材料斷斷裂破壞壞，即對缺陷很很敏感。(a)縱向加載載（b)橫向加載載對兩側(cè)開開缺口的的0度纖維增增強復(fù)合合材料，，其缺口口的存在在不會很很快導(dǎo)致致材料破破壞，而而且不影影響無缺缺口部分分材料繼繼續(xù)承載載工作。。所以說說，復(fù)合合材料是是容傷性性好的材材料，即即對缺口口不敏感感的材料料。與應(yīng)力集集中有關(guān)關(guān)問題(2)多數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的斷裂裂大多與與應(yīng)力集集中有關(guān)關(guān)在長期交交變應(yīng)力力作用下下，應(yīng)力力較高的的點，逐逐步形成成細微裂裂紋，裂裂紋尖端端應(yīng)力嚴嚴重集中中，使裂裂紋逐步步擴大，，構(gòu)件截截面不斷斷削弱，，在