应力集中的作用，危害及如何合理减小消除

应力集中是弹性力学中的一个重要概念，它指的是物体中应力局部增高的现象。具体来说，当物体受到外部载荷作用时，由于物体形状、尺寸或材料特性的突变，导致在某些局部区域应力值显著高于周围区域的平均应力值。这种现象通常出现在物体形状急剧变化的地方，如缺口、孔洞、沟槽以及有刚性约束处。

我们知道公式定义是这样的，应力=力/面积，基本单位是Pa,数值较大时用MPa和GPa来表示，工程上常用单位是MPa,也就是N/mm2。

从公式中来看，某一物体，一侧受一个固定力F，F为某一固定的值，如果各截图面积相等，那么计算出的应力就是一个固定的值;反过来思考，应力集中就是应力值发生了变化，当三要素中力这个要素没发生变化的情况下，那么一定是截面积发生了变化，当截面积变小时，那么应力值将增大，如果截面积变化曲线是光滑的二次曲线，三次曲线，那么应力会发生变化，但应力曲线形状没变，但也仅仅是曲线在纵坐标方向的平移而巳。但是应力突变呢？就是截面积曲线发生了突变，产生了拐点，并且这个拐点左右的斜率发生了很大变化。

进一步说，某个圆柱体，中间挖了个孔，那么这个孔的形状是方孔还是圆孔，方孔是截方面发生了突变，但这是对于垂直于开囗方向来说的，对于圆孔，则属于平滑过渡。如果受力方向与孔开囗方向平们，则开孔不会导致应力突变！

应力集中的产生原因主要有以下几个方面：

构件截面形状突变：当构件截面上出现孔洞、凹槽、凸肩等形状突变时，局部应力会集中在突变部位周围。这种突变导致应力传递路径发生改变，从而在突变处产生应力集中。

材料缺陷：金属材料内部或焊缝中的气孔、夹渣、裂纹等缺陷也会成为应力集中的部位。这些缺陷破坏了材料的连续性，使得在缺陷周围产生应力集中。

加载方式：不恰当的加载方式也会导致应力集中。当加载集中在零件的某一小区域时，该区域将承受更高的应力，从而引起应力集中。

应力集中对物体的影响是多方面的：

降低承载能力：局部应力值过高会导致材料在较小的外力作用下发生失效，从而降低构件的承载能力。

引发疲劳破坏：在交变应力作用下，应力集中的部位容易产生疲劳裂纹，最终导致构件破坏。

影响变形行为：应力集中会改变构件的变形行为，在应力集中部位产生过大的变形。

为了衡量应力集中的程度，引入了应力集中系数的概念。应力集中系数是局部最大应力与平均应力的比值，用符号α或Kt表示。这个系数是一个大于1的数，其值越大表示应力集中越严重。

在工程设计中，为了避免或减轻应力集中带来的不利影响，可以采取以下措施：

避免截面形状突变：在构件设计中尽可能避免截面形状的突变，采用圆滑的过渡曲面。

优化构件外形：通过流体力学或有限元分析优化构件外形以降低应力集中的程度。

控制材料质量：使用优质材料减少材料中的缺陷如气孔和裂纹。

改善加载方式：尽量使加载均匀分布在零件的各个部分避免集中加载。

综上所述，应力集中是物体在受到外部载荷作用时由于形状、尺寸或材料特性的突变导致局部应力增高的现象。它对物体的承载能力、疲劳寿命和变形行为都有重要影响因此在工程设计中需要采取相应措施来避免或减轻其不利影响。