Jännityskonsentraatiokerrointa

Jännityskonsentraatiokerroin on dimensionless luku, jota käytetään kuvaamaan, miten jännitys jakautuu materiaalissa tietyssä kohdassa, erityisesti geometrisen epäjatkuvuuden, kuten reiän tai loven, lähellä. Se määritellään suhteena todelliseen maksimijännitykseen epäjatkuvuuskohdassa ja teoreettiseen keskimääräiseen jännitykseen, joka laskettaisiin ilman kyseistä epäjatkuvuutta. Matematiikassa jännityskonsentraatiokerroin, usein merkitty symbolilla K_t, ilmaistaan kaavalla K_t = sigma_max / sigma_ref, missä sigma_max on suurin paikallinen jännitys epäjatkuvuuskohdassa ja sigma_ref on referenssijännitys, joka tyypillisesti lasketaan poikkipinta-alasta ilman epäjatkuvuutta.

Geometrisen muodon epäjatkuvuudet aiheuttavat jännityksen paikallista kasvua, eli jännityskonsentraatiota. Kerroin K_t on suurempi kuin yksi, mikä osoittaa, että jännitys on todellisuudessa korkeampi kuin pelkkä analyysi antaisi olettaa. Jännityskonsentraatiokerroin riippuu epäjatkuvuuden muodosta ja koosta suhteessa kappaleen kokoon. Esimerkiksi terävä lovi aiheuttaa suuremman jännityskonsentraatiokertoimen kuin pyöreä reikä samankokoisessa kappaleessa.

Jännityskonsentraatiokertoimen ymmärtäminen on olennaista materiaalien lujuusanalyysissä ja rakenneanalyysissä, erityisesti suunniteltaessa osia, jotka altistuvat dynaamisille tai syklisille kuormituksille. Korkeat jännityskonsentraatiokertoimet voivat johtaa väsymismurtumiin ja ennenaikaiseen rakennevaurioon, vaikka keskimääräinen jännitys pysyisikin sallittujen rajojen sisällä. Siksi jännityskonsentraatiota pyritään minimoimaan suunnittelussa esimerkiksi pyöristämällä teräviä kulmia ja poistamalla tarpeettomia lovia.