stresskonsentrasjoner

Stresskonsentrasjoner refererer til lokale forsterkninger av mekaniske spenninger i et materiale rundt geometriske ufullkommenheter eller lastintensiteter. Når et globalt last påføres, må spenningene strømme rundt hull, hakk, skarpe hjørner eller skadede områder, og blir ofte betydelig høyere i disse områdene enn den nominelle spenningen i resten av komponenten. Det kvantitative målet er stresskonsentrasjonsfaktoren Kt, definert som forholdet mellom maksimal mulig spenning i det aktuelle området og den fjernliggende spenningen.

Historisk og teoretisk grunnlag: Inglis’ løsning fra tidlig 1900-tall gir analytiske uttrykk for spenningene rundt geometriske ufullkommenheter i to-dimensjonale elastiske medier. For et sirkulært hull i en uendelig plate under ensretninglast er Kt omtrent 3, noe som illustrerer hvor stor spenningstillegg som kan oppstå ved en enkel geometrisk forandring. For ellipsede hull varierer Kt med forholdet mellom ellipsens akser, og kan øke betydelig når formen blir mer udiskret. I praksis brukes Kt som en rekkevidde for å vurdere risikoen for statiske brudd og, særlig innen fatig, for å bedømme hvor stor rolle en geometrisk ufullkommenhet spiller.

Fatigue og notcheffekter: Notch- eller sprekkkonsentrasjon påvirker materiale ved gjentatte laster. Fatigue-kapasiteten kan beskrives ved Kf, som tar hensyn til notch sensitivity (q): Kf = 1 + q (Kt − 1). Jo høyere q, desto større er effekten av en gitt Kt på livsløpet.

Reduksjon og designretningslinjer: For å begrense stresskonsentrasjoner brukes avrundede fillets, jevne overganger mellom deler, større radii og god finish. Analyser som finite element-metoder brukes ofte for å kartlegge lokale spenninger, og design standarder gir retningslinjer for akseptable Kt-verdier i ulike legemner og lasttilfeller. Stresskonsentrasjoner forekommer i alt fra maskindeler og konstruksjoner til kompositter, og vurderes kontinuerlig i design og inspeksjon.