考虑平板和带中心圆孔板承受二端均匀拉伸的情况。
图4.20中平板受拉时,中截面aa由于二端对称性仍保持在aa处,截面bb则移至b'b',截面aa与bb间的任一线段都发生了相同的伸长。如图4.20(a)所示。其线应变为:
ε=bb′/ab=const.
这一结果可以由实验测量截面a、b间线段长度的改变而证明;或直接用电阻应变片测量截面aa上的应变,更精确地证明截面aa上各点的应变ε=const.。
弹性小变形时材料服从虎克定律σ=Eε,故有ε=const,即正应力ε在横截面上均匀分布,如图4.20(b),且
σ=FN/A=σave
即均匀拉压变形时横截面应力σ等于平均应力σave。这正是前面讨论杆的拉伸与压缩时的结果。
再考虑图4.21中带中心圆孔的平板受拉。此时,沿截面aa上各点测得的应变ε如图4.21(a)所示。ε显然不再是均匀分布的,孔边最大值为ε=εmax。同样可由虎克定律知截面aa上的应力分布也不是均匀的,如图4.21(b)所示,越靠近孔边,应力越大。孔边最大应力为:
σmax=ktσave ---(4-8)
弹性应集中系数
式中kt>1,是孔边最大应力与平均应力之比,称为弹性应力集中系数。一些常见细节形式的弹性应力集中系数可由手册查出,圆孔边的应力集中系数kt=3。
应力集中
这一类在构件几何形状改变的局部出现的应力增大现象,称为应力集中。发生应力集中的区域称为应力集中区。当σmax在弹性范围内时,应力集中区最大应力由(4-8)式给出。
在截面几何发生突然改变的位置,如孔、缺口、台阶等处,通常都有应力集中发生。几何改变越剧烈,应力集中越严重。故在必须改变构件几何时,应尽可能用圆弧过渡以减小应力集中的程度。应力集中常常是构件出现裂纹(甚至发生破坏)的重要原因,应当引起注意。