【机械设计】平板中的应力集中_ACT_Mechanical_疲劳_电子_UG_裂纹

【机械设计】平板中的应力集中

拉一根钢板，钢板内的拉应力在钢板内是均匀的：σ=P/A总，其中A是钢板的总横截面积。如果钢板上有一个孔，我们预计应力会更高，因为材料更少：σ净=P/A净，其中A净是钢筋的净横截面积（总面积减去孔的面积）。

实验表明，残余固体材料内部的应力不均匀；相反，它在孔的旁边是最高的，远离时它会更低。我们说应力集中在孔的附近。

孔附近的最大应力为σmax=K*σ净=K*P/A净，其中K是一个应力集中因子，它取决于钢板的尺寸和孔的直径。一般来说，半径越小，应力就越高。例如，裂纹在其尖端具有非常高的应力集中，超过了材料的抗拉强度，即使零件中的平均应力远低于屈服强度；这就解释了为什么会出现裂缝扩展。防止裂纹在材料中扩展的一种方法是在其尖端钻孔。

应力集中可能发生在半径较小的零件几何形状发生变化的任何地方，例如孔、圆角和凹槽。

20世纪30年代，M.M.Frocht 发表了一系列将K系数与板和孔（或圆角或凹槽）的尺寸联系起来的图表，R.E.Peterson发表了关于疲劳裂纹的科学论文，疲劳裂纹始于应力集中。Peterson关于压力集中因子的内容仍在我们的教材和手册中。

图2 受拉矩形截面钢板中的圆孔与应力集中因子

这张图是根据 Frocht的原作绘制的。使用四个步骤来解决应力集中问题：

步骤1：将孔径除以钢板的总宽度，得出d/h总宽度的比值。

步骤2：从图中找出K的值。

步骤3：计算净横截面积（总横截面积减去孔的横截面积）。找到该值的最简单方法是将净宽度乘以厚度。

步骤4：使用σmax=K σ净=K P/A净计算最大应力。

示例1：

尺寸为88mm 宽 x 16mm厚的板在中心有一个直径为20mm的孔。钢板上的拉伸载荷为900N。计算钢板中由于应力集中而产生的最大应力。

解：

将孔径除以钢板的总横截面宽度：

d/ h = 20/80 = 0.25。使用图表得出K≈2.36。钢板的净横截面积是净宽度乘以厚度。净宽度是总宽度减去孔径，因此A净=（80-20）x 16=960 mm^2 最大应力为σmax=K* P/A净=2.36* 900N/ 960 mm^2=2.2MPa.

以下图为矩形截面受拉钢板中的半圆槽和四分之一圆圆角与应力集中因子的关系

参考：

1. M.M. Frocht, “Photoelastic Studies in Stress Concentration,” Mechanical Engineering, Aug. 1936, 485-489. M.M. Frocht, “Factors of Stress Concentration Photoelastically Determined", ASME Journal of Applied Mechanics 2, 1935, A67-A68.

2. Walter D. Pilkey & Deborah F. Pilkey, Peterson's Stress Concentration Factors, 3 rd ed., Wiley, 2008.

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来源：非标机械专栏

【机械设计】不锈钢加工怎么搞？？？太难了！！！

不锈钢难加工主要在于不锈钢导热性能不好，料屑受热容易在刀尖形成积屑瘤，这是导致刀片损坏的主要原因。另外因为在加工中切削力大，切削温度高等原因，给加工带来了一些困难，切断时往往难以达到满意的效果。我们从一位从业40年的老师傅哪里了解到，对于不锈钢的加工也有一些小技巧，我们今天先来分享一下不锈钢的难切断问题！不锈钢切断小技巧切断φ40mm以下的棒料一般使用高速钢切断刀，就可达到比较好的切削效果。加工φ40mm以上的工件时，由于不锈钢加工的切削速度较低，为提高效率，可使用硬质合金切刀。 1、刀具的刃倾角一定要为0°，有条件的可在工具磨床上磨出，这是最为重要的一点。因为不锈钢切断时，切屑与槽壁摩擦严重，如不能使切屑垂直卷出，就会产生挤屑现象，严重时会打刀。刃倾角大时，即使采用分屑措施效果也不理想。 2、刀尖圆弧半径不宜过大，过大时刀具的副后角易磨损，可能是因为圆弧处切屑厚度减薄，易产生加工硬化，加剧刀具侧面的磨损。 3、刀具磨损应及时刃磨，不锈钢切断刀的刃磨标准，不但要根据主后面来定，还要特别注意副后面的磨损程度，如副后面磨损过大，刀具与槽侧的摩擦增大，导致槽宽变窄，使切屑不易排出，而且刀具磨损加快。 4、刀具的前面表面粗糙度应尽量降低，表面粗糙度值低，可减轻粘结磨损，使切削力降低，切削轻快，实践证明，刀具前面经过研磨比未经研磨的刀具寿命明显提高。 5、刃口磨出0.2mm左右的负倒棱，可减少磨削时的崩刃现象，得到较好的刃口质量。刀体下部采用鱼肚形，以增加刚性。刀具副后角用砂轮外圆磨出，刚性较好，实际后角约为2°～3°。加工不锈钢的刀具材料一般选用不易与其产生粘结磨损的YG类合金，我选用的是强度较好的YG8，刀宽根据棒料直径选择，切削速度约为60m／min。此刀具可满足一般加工的需要，φ40～φ80MM的棒料可一次进刀切断，无需左右赶刀，加工中要注意不锈钢切屑很锋利，如切屑太长，进刀要退一下，使切屑断掉，以免发生危险，退刀时刀具不要停留在工件表面，以减少加工硬化。切断实心工件时，为避免刀具崩碎，切到中心时可留1～2mm左右用手拗断。 6、对于这种切不锈钢，一般情况下，湿切比干切刀具寿命要多几倍，我主要看转速和割刀，转速不加水高了，割刀出的屑子马上就红了，能加工几个活心里就清楚了！机械设计的内容讲解到此结束，留言功能已开通，欢迎各位进行补充。 -End-免责声明：本文系网络转载或改编，仅供学习，交流所用，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删。来源：非标机械专栏