Stresskoncentratorer

Stresskoncentratorer är geometoriska eller materiella egenskaper hos en konstruktion som orsakar lokal spänningsökning jämfört med den nominella belastningen. De uppstår vid skarpa kanter, hål, spår, abrupta tvärsnittsförändringar samt vid ytfel, sprickor, inklusioner eller restspänningar. Fenomenet är centralt inom hållfasthetslära eftersom högre lokala spänningar ökar risken för sprickbildning och misslyckande, särskilt under cyklisk belastning.

Den viktigaste storheten är stresskoncentrationfaktorn Kt, definierad som sigma_max delat med sigma_nominal. Kt beror på geometri, typ av belastning och materialets egenskaper. Ett klassiskt exempel är ett rundat hål i ett oändligt plattblad utsatt för enaxial dragbelastning där Kt ≈ 3. Generellt ökar Kt vid skarpa notcher och minskar när övergångarna mellan olika sektioner görs mjukare. Värdena för Kt kan variera från ungefär 2 till över 10 beroende på notchens vinkel, radie och övriga geometrier.

Åtgärder för att minska stresskoncentrationer omfattar att runda skarpa hörn med fillet, öka radien på hål och spår, skapa gradvisa övergångar i tvärsnittsarea och förbättra ytkvalitet. Designen bör också ta hänsyn till fatigue, eftersom koncentrerad spänning ofta föregår sprickinitiering under cykliska laster. Vidare används beräkningar och tester, såsom finita element-analys, fotoelasticitet och rosett-mätningar, för att uppskatta Kt i specifika komponenter och för att vägleda deplacements- och kvalitetsförbättrande åtgärder.