Кіріспе

Қатты дене механикасында кернеу концентрациясы (сонымен қатар кернеуді күшейтуші, кернеуді тудырушы немесе ойықшаға сезімталдық деп аталады) – бұл нысандағы кернеудің айналасындағы аймақтан едәуір жоғары болатын орын. Кернеу концентрациясы құрылымдық элементтің геометриясындағы немесе материалындағы бұзылыстардың нәтижесінде кернеу ағынының тоқтауынан туындайды. Бұл тесіктер, ойыстар, тіліктер және дөңгелектік бұрыштар сияқты егжей-тегжейлерден туындауы мүмкін. Кернеу концентрациясы сондай-ақ сызаттар мен жарықтар сияқты кездейсоқ зақымданулардан да пайда болуы мүмкін. Әдетте созылатын жүктемелер кезіндегі үзілістің концентрация дәрежесін өлшемсіз кернеу концентрациясы коэффициенті арқылы көрсетуге болады, ол ең жоғары кернеудің номиналды алыс өрістегі кернеуге қатынасы болып табылады. Шексіз пластинадағы дөңгелек тесік үшін кернеу концентрациясы коэффициентін жарықтың ұшындағы кернеулерге әсерін анықтау үшін қолданылатын кернеу қарқындылығы коэффициентімен шатастыруға болмайды. Майлы материалдар үшін үлкен жүктемелер жергілікті пластикалық деформацияны немесе иілуді тудыруы мүмкін, бұл әдетте кернеу концентрациясында бірінші болып пайда болады, бұл кернеуді қайта бөлуге және элементтің жүктемені жалғастыруына мүмкіндік береді. Кербез материалдар әдетте кернеу концентрациясында бұзылады. Дегенмен, қайталама төмен деңгейлі жүктемелер шаршау жарығының басталуына және тіпті майлы материалдардың да істен шығуына әкелетін кернеу концентрациясында баяу өсуіне әкелуі мүмкін. Шаршау жарықтары әрқашан кернеу күшейткіштерде басталады, сондықтан мұндай ақауларды жою шаршау кезеңін ұзартады.

Сипаттама

Кернеу концентрациясы құрылымдық элементтің геометриясындағы немесе материалындағы кемшіліктердің салдарынан кернеу ағынының тоқтауынан туындайды. Геометриялық үзілістер объектідегі жергілікті кернеудің артуына себеп болады. Кернеу концентрациясын тудыратын пішіндерге мысалдар: ішкі өткір бұрыштар, тесіктер, объектінің қимасының күрт өзгеруі, сондай-ақ ойықтар, сызаттар және жарықтар сияқты кездейсоқ зақымданулар. Жоғары жергілікті кернеулер объектінің мерзімінен бұрын бұзылуына әкелуі мүмкін, сондықтан инженерлер кернеу концентрациясын азайту үшін геометрияны тиімді жобалайды. Материалдық үзілістер, мысалы, металдардағы қоспалар да кернеуді шоғырландыруы мүмкін. Компонент бетіндегі қоспалар өндіріс кезінде механикалық өңдеу барысында сындырылуы мүмкін, бұл циклдық жүктеме кезінде өсетін микрожарықтарға алып келеді. Ішкі жағынан, жүктеме кезінде қоспалардың айналасындағы интерфейстердің бұзылуы микробос жану арқылы статикалық бұзылуға әкелуі мүмкін.

Факторларды анықтау әдістері

Кернеу концентрациясы коэффициенттерін өлшеу үшін фотоэластикалық кернеу талдау, термоэластикалық кернеу талдау, қаңқалы жабындар немесе деформация өлшегіштер сияқты эксперименталды әдістер бар. Жобалау кезеңінде кернеу концентрациясы коэффициенттерін бағалаудың бірнеше тәсілі қолданылады. Кернеу концентрациясы коэффициенттерінің бірнеше анықтамалықтары жарияланған. Олардың ішінде Питерсонның 1953 жылы алғаш жарық көрген «Кернеу концентрациясы бойынша есептеу факторлары» ең танымал. Бүгінгі таңда шекті элементтер әдістері жобалауда кеңінен қолданылады. Басқа әдістерге шекаралық элементтер әдісі және торсыз әдістер жатады.

Мысалдар

Де-Хавиланд кометі ұшағы бірнеше қатаң апатқа ұшырады, олардың себебі терезелердің айналасындағы тесілген бұранда тесіктерінен туындаған жоғары кернеу концентрациясынан пайда болған металлдың шаршау жарықтары екені анықталды. Төртбұрышты жолаушылар терезелерінің де күтілгеннен артық кернеу концентрациялары бар екендігі анықталды және олар қайта жобаланды. Атлант мұхитындағы қысқы дауылдардың суық және қиын жағдайларында "Бостандық" кемелерінің люктерінің бұрыштарындағы қатырған сынықтар. Имплантацияланған ортопедиялық құралда металлдың сүйекпен қосылатын жиегіндегі кернеу ошағы, ақаудың туындауына ең мүмкін нүкте болып табылады.