Spänningskoncentration är ett fenomen av förekomsten av ökade lokala spänningar i områden med skarpa förändringar i formen av en elastisk kropp, såväl som i kontaktområdena för delar. Området i rymden där dessa spänningar uppstår kallas spänningskoncentratorn .
Spänningskoncentrationen kännetecknas av en teoretisk stresskoncentrationsfaktor - förhållandet mellan den maximala spänningen i navområdet och den nominella spänningen (beräknat förutsatt att det inte finns något nav):
Ett klassiskt exempel på spänningskoncentration är Kirsch-problemet med enhetlig spänning av en bred remsa med ett litet hål i mitten. En analytisk beräkning visar att spänningskoncentrationsfaktorn i detta fall är 3.
Koefficienten kan bestämmas genom analytiska, numeriska metoder (till exempel finita elementmetoden ), experimentellt (med fotoelasticitetsmetoder , spröda beläggningar). I moderna finita elementkomplex ( ANSYS , Nastran , Abaqus , SolidWorks Simulation ) kan studiet av spänningskoncentratorer utföras med hjälp av finita element nätförtjockning eller speciella metoder ( submodellering , skapa superelement från strukturella delar som inte är föremål för spänningskoncentration ) .
Den teoretiska koefficienten beskriver endast påverkan av delens geometri och belastningsmetoden på den teoretiska spänningen, men tar inte hänsyn till själva materialets känslighet för koncentration. Detta värde kanske inte på ett adekvat sätt beskriver minskningen i styrka i närvaro av en koncentrator. I praktiken, vid beräkning av trötthet, introduceras konceptet med en effektiv spänningskoncentrationsfaktor - förhållandet mellan uthållighetsgränserna för en del utan koncentrator och med en koncentrator :
Med hänsyn till olika faktorer som påverkar utmattningshållfastheten, beräknas koefficienten enligt följande:
var
Spänningskoncentrationen kan påverka hållfastheten på olika sätt beroende på belastningens karaktär:
För att bekämpa den negativa effekten av stresskoncentration används följande metoder:
Stresskoncentration var orsaken till massiva krascher i världens första kommersiella jetflygplan, Comet . Fönstren på detta flygplan var kvadratiska till formen, gynnsamma för spänningskoncentration i hörnen, och nitarna som höll dem installerades för ofta, vilket bidrog till snabb spridning av sprickor.