應力集中原理解釋.doc

應力集中理論原因的假設(shè)摘要：在現(xiàn)實生活中由于在材料制造過程中的不可避免的一些原因常會導致材料內(nèi)部內(nèi)部的應力集中，而至于應力集中的理論原因缺少詳細描述，因此在這片篇論文中我將發(fā)表我自己關(guān)于引力集中的一些看法。并解釋一些現(xiàn)象的原因。關(guān)鍵字：應力集中、萬有引力、分子。1、 關(guān)于應力的解釋 應力是受力桿件在某一界面上分布內(nèi)力在一點處的集度，公式是 P= 從公式上看，應力可以看做是單位面積上的合力（內(nèi)力）的大小，近似看來可以看做是一點的受力。 A B A | B | A a 內(nèi)力可以看做截面之間的相互作用力，而應力可以看做是內(nèi)力在截面上單位面積或點上的分力，則應力也就可以看做是周邊的分子某點的合力。假設(shè)整個構(gòu)件受拉，在A上與B交界的平面上存在一個分子a，這個分子受到的力來自四面八方，假設(shè)受拉力，如果A與B不存在分離，則根據(jù)狀態(tài)可知，A受力平衡，當把A與B分開后，在B上曾經(jīng)對a有力的作用的力則被分開，而這些力的合力根據(jù)受力分析是一個背離并垂直A的拉力，及應力。再詳細一點，當物體受拉時，由于分子之間的間距大于10倍的r0，分子之間將產(chǎn)生引力，同樣當擠壓時由于分子之間的間距過于小將產(chǎn)生極大地斥力，宏觀上即表現(xiàn)為壓力，而具體的分子之間的力的作用，在應力集中中的表述將會比較詳細。二、關(guān)于應力集中的機理：圖像2 實際工程構(gòu)件中，有些零件常存在切口、切槽、油孔、螺紋等，致使這些部位上的截面尺寸發(fā)生突然變化。如圖1所示開有圓孔和帶有切口的板條，當其受軸向拉伸時，在圓孔和切口附近的局部區(qū)域內(nèi)，應力的數(shù)值劇烈增加，而在離開這一區(qū)域稍遠的地方，應力迅速降低而趨于均勻。這種現(xiàn)象，稱為應力集中。應力集中是由于桿件截面驟然變化（或幾何外形局部不規(guī)則）而引起的局部應力驟增現(xiàn)象。而這只是一些表面原因，接下來將在分子的角度上解釋這一現(xiàn)象。 圖像 1如圖所示，假設(shè)將界面放大化，使其呈現(xiàn)分子狀態(tài)，則界面可以看做整齊的分子排列，除了突變處。由于結(jié)構(gòu)內(nèi)分子的缺失，改變了整體的受力。也改變了突變處分子的受力狀態(tài)和平衡，通過圖像分析，在圓的內(nèi)部分子喪失，假設(shè)桿件受到拉力，在圓圈頂部沿橫截面截開并進行受力分析，并與未有突變的部位進行比較，由于未有突變的部位內(nèi)部分子均勻分布，受力也就均勻分布，圓內(nèi)由于缺少分子產(chǎn)生對圓外材料的引力，通過受力分析，使原本表面的應力變得更大，這就是應力集中的機理。材料是由分子組成的，材料內(nèi)的應力可以看做單元體之間的作用，更實際一點的說法，內(nèi)力是由分子之間的萬有引力引起的。分子之間的存在著引力，引力的大小與質(zhì)量成中比，方向在其連線上。F=GMm/R2 G=6.672*10-11。從萬有引力的角度上分析，質(zhì)量均勻分布的球體，對其外質(zhì)點的引力相當于全體質(zhì)量集中在球心時的吸引力。于是可得以下公式： 通過分析上述圖像可知，圓的上部所受的力比兩側(cè)受力要大，這也就是為什么應力集中時中間受力突出的原因。3、 關(guān)于影響應力集中程度原因的分子解析值得注意的是，應力集中并不單純由截面面積減少所引起的，桿件外形的驟然變化，是造成應力集中的主要原因。一般地說，桿件外形的驟變越是劇烈（及相鄰截面的強度差越大），應力集中的程度越是嚴重。同時，應力集中是一種局部的應力驟增現(xiàn)象，如圖1中具有小圓孔的均勻受拉平板，在孔邊外最大應力約為平均應力的3倍，而據(jù)空稍遠處，應力及趨于均勻。而且，應力集中處不僅最大應力急劇增長，其應力狀態(tài)也與無應力集中是不同。假設(shè)在有一塊長紙條，打出一小圓孔和切出一橫向裂痕，與圖所示：F 1 F 很明顯在相同的受力情況下，裂痕先斷裂，現(xiàn)在以裂痕兩端為直徑兩端劃與一號圓等大的圓表示兩個相同的區(qū)域，與一號圓相比二號圓的受力主要區(qū)別于裂痕兩側(cè)的受力，由于缺失一部分分子對裂痕的加大受力，使裂痕變得更加不穩(wěn)定，相比之下圓則比較穩(wěn)定，從受力角度上分析，對于裂痕，由于裂縫的距離大于分子之間產(chǎn)生力的影響的距離，使原本兩側(cè)互相吸引的力消失相比其他穩(wěn)定狀態(tài)就會產(chǎn)生相反的斥力，而這部分斥力的由來就是由于裂痕兩側(cè)比圓多出的部分產(chǎn)生的，并且裂痕兩側(cè)屬于尖角，更加容易因為拉應力而斷裂。因此，相比之下如果變形越是劇烈，那么受力相比之下更加大，越易受應力集中的影響。經(jīng)過以上分析，應力集中的程度在很大程度上受變形的影響，對于