机械结构设计中降低应力集中因素的方法

NASA

前面的分析表明，在尺寸突变处，如果没有采用圆角过渡，会导致有限元分析中应力无限增大。
实际上，在结构设计中，为了降低应力集中因素，有一些基本的设计法则，简述如下：
1.修改形状
（1）圆角
在构件中绝对禁止出现尖锐转角。因为由理论分析可知，当圆角的曲率半径趋向零时，其应力集中系数趋向无穷大。用圆角代替尖锐转角，能有效缓和应力集中。下面是工程上应用圆角的例子。

（2）流线型
对于变截面的受拉杆件或受压杆件，如果采用流线型过渡，可以使得构件应力均匀，从而避免应力集中。

（3）椭圆孔
在保证构件正常工作的前提下，把圆孔变成椭圆孔，往往能提高构件的强度。

2.适当选择应力集中因素的位置
（1）应力集中因素应该选择在应力低的部位

图（a）中，不要把孔放在弯矩最大的截面上；图（b）中，不要把孔放在靠近边缘的地方。
（2）要考虑是否有母体之间发生相互干涉，导致应力上升

随着孔距离边沿越来越近，应力集中会加剧。

3.适当选择应力集中因素的方向
如下图，三种长孔的情况，最底下一种应力集中系数最大，尽量不要采用这种方式。而最上面的情况则应力集中系数最小。

4.附加应力集中因素
如下图，在左边的结构上进行改进，右边的结构增加了一个孔，其应力集中系数反而降低。

5.表面削去法
如下图，在孔的上下两边挖去一定厚度的材料，会降低这部分的刚度，以达到缓和应力集中的目的。这些图中，最后一种情况应力集中系数最小。

6.填充法
在圆孔内插入一根棒，也可以降低圆孔处的应力集中。