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受載零件上的不連續性部位(如軸肩、臺階、圓角、孔洞等)或缺陷,會(huì )嚴重影響零件的應力狀態(tài)和斷裂特征,這些不連續性部位和缺陷常常是作為應力集中的因素,萌生裂紋并形成斷裂源,表面的這些不連續因素都起到了缺口的作用。缺口越尖銳,應力集中系數越大,應力集中程度越高。缺口根部向應力狀態(tài)的出現,該局部應力狀態(tài)變硬,使變形受到抑制,塑性變形也被推遲到更高的水平,該現象稱(chēng)為缺口強化效應。該效應與物理強化效應不同,而是一種純幾何效應。由此,缺口根部的材料行為與其他位置存在很大差異,所以缺口根部容易誘發(fā)裂紋萌生,成為斷裂源。
對于脆性材料,應力集中處的應力達到比例極限后材料開(kāi)始破壞。通常裂紋是在應力集中處形成,然后更大的應力集中將產(chǎn)生于裂紋尖端處,這反過(guò)來(lái)引起裂紋在該截面的進(jìn)一步擴展,導致材料的突然斷裂。
對于塑性材料,承受靜態(tài)載荷時(shí),細小的幾何缺陷、劃痕、小圓角等不需要過(guò)于擔心,設計者通常忽略應力集中系數的影響。因為此時(shí)應力超過(guò)材料比例極限并不會(huì )導致裂紋產(chǎn)生。反而,由于屈服和應變強化的影響,材料還有進(jìn)一步承載的能力。但在動(dòng)載荷或交變載荷作用下,應力集中部位是疲勞裂紋的重要發(fā)源地,降低構件的疲勞壽命。
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