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影響應力集中與斷裂失效的因素

來源:北京華歐世紀光電技術有限公司   2021年02月24日 10:45  

零件或構件在加工以及材料在冶煉過程中不可避免地會產(chǎn)生一些缺陷,就會在在特定部位產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象。當應力集中區(qū)的應力大于材料的強度極*,就會導致機械構件首先在應力集中部位或附近發(fā)生斷裂失效。

(1)材料力學性能的影響通常,材料硬度越高,脆性越大,塑性和韌性越低,應力集中作用越強烈,其裂紋擴展速率也越大。

(2)零件幾何形狀的影響許多零件由于結構上的需要或設計上的不合理,在結構上有尖銳的凸邊、溝槽或缺口等,在加工或使用過程中,將在這些尖銳部位產(chǎn)生很大的應力集中而導致開裂,見圖所示。


(3)零件應力狀態(tài)的影響當材料質量合格、幾何形狀合理的情況下,裂紋起源的部位主要受零件應力狀態(tài)的影響,此時,裂紋將在大應力處形成。例如,在單向彎曲疲勞時,疲勞裂紋一般起源于受力一邊的應力大處;在雙向彎曲疲勞時,疲勞裂紋一般起源于受力兩邊的應力大處;在齒輪齒面上的裂紋,一般起源于節(jié)圓附近;具有臺階的軸,承受扭轉、彎曲、切應力的聯(lián)合作用時,裂紋一般起源于大(危險)截面的臺階過渡處。在這些部位,應盡量避免人為的應力集中,如表面的加工缺陷、溝槽、臺階過渡處的不光滑等。

(4)加工缺陷的影響由于零部件加工精度要求不高,或者沒有按照圖樣要求加工,致使零件的實際應力集中系數(shù)比計算值高出許多,從而使實際應力加大,導致開裂失效。由于加工刀痕等加工缺陷存在,在零件以后的服役過程中,由刀痕引起的應力集中也往往導致裂紋的產(chǎn)生。
對于焊接或鑄造缺陷,如焊接接頭的咬邊、鑄件的錯縫等,也易引起應力集中,從而導致使用中的開裂。

(5)裝配、檢驗產(chǎn)生缺陷的影響
設備和構件在安裝過程中,如果不嚴格執(zhí)行操作規(guī)范,就會產(chǎn)生不應有的安裝缺陷,如構件表面的劃傷、錘擊坑等。
在設備和構件的檢驗、維修中,也會造成應力集中,從而導致開裂。

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