Stresskonsentrasjon

Stresskonsentrasjon er en lokal forsterkning av spenningen i et materiale som oppstår rundt geometriske ufullkommenheter eller endringer i last. Den lokale spenningen kan være betydelig høyere enn den nominelle spenningen i applikasjonen, og forholdet mellom disse kalles stresskonsentrasjonsfaktoren (Kt). Kt varierer med geometri, type last og materialets egenskaper, og kan være spesielt høy ved skarpe hjørner, hull eller andre uregelmessigheter.

Årsaker inkluderer plutselige endringer i tverrsnittet, hull, hakk, riller og andre overflatefeil, samt restspenninger i materialet. Belastningstyper som trekk, bøyning og torsjon kan skape betydelig konsentrasjon, og effekten blir ofte større ved syklisk last og i kombinasjon med skadelige feil.

Betydningen er spesielt stor for livsløpet til komponenter under sykliske belastninger; lokale høyspenninger kan initiere mikroskopiske sprekkdannelser som vokser med gjentatt belastning, og dermed redusere levetiden eller føre til plutselig brudd.

Reduksjon og kontroll av stresskonsentrasjon oppnås gjennom god geometrisk utforming og overflatebehandling. Tiltak inkluderer jevne overgangsradius i tverrsnittet, avrunding av hull, avrimning av skarpe kanter, forbedret overflatefinish og behandlinger som reduserer restspenninger. Ved design brukes ofte Kt-verdier eller detaljerte analyser for å sikre tilstrekkelig sikkerhet.

Vurdering av stresskonsentrasjon gjøres gjennom analytiske beregninger for enkle geometrier, gjennom finite element-analyse og gjennom eksperimentelle metoder som strain gauge-måling, fotoelastisitet eller andre ikke-destruktive tester.