使用这些设计技巧缓解应力集中

当产品团队完成材料选择过程时，他们正在寻找一种具有适合最终零件最终用途的机械性能的材料。这确保了该材料不会用于超出其屈服强度的应用。尽管如此，即使是用正确材料制成的零件有时也会失效——为什么？

材料失效的一个原因是应力集中，这是一种损害零件结构完整性的设计缺陷。以下是产品团队应了解的有关压力集中的所有信息，以及如何通过深思熟虑的设计来减轻压力。

什么是应力集中？

应力集中是零件设计中应力明显高于周围区域的一个点。应力集中最常见的原因是零件几何形状的突然变化，通常是在尖角、孔、槽口或凹槽周围。

应力集中也更可能发生在具有复杂或复杂设计的零件中。尽管独特的几何形状可以提高零件的整体性能，但它们也会导致弯曲的载荷传递并增加应力集中的可能性。

应力集中系数，表示为 Kt，可以定义为零件中的最高应力与参考应力之比。用数学方法表示应力集中，公式为：

σmax 等于最大应力，σref 等于参考应力。没有任何不规则性的部分的值接近 1，而具有最大不规则性或不连续性的部分的值大于 1。

当零件有应力集中时，它更有可能以两种方式失效。首先，零件往往会直接因应力集中而失效，这通常会导致裂纹。其次，即使零件没有明显断裂，应力集中也可能会随着时间的推移削弱零件，从而显着缩短产品生命周期。

降低应力集中的4种方法

为了确保零件的使用寿命并防止断裂，产品团队应运行 FEA 模型以确保没有应力或应变集中。以下是所有设计师和产品团队都应该知道的四个提示：

1。在设计中包含渐变

应力集中的最常见原因是几何形状的突然变化或形状的突然转变。考虑到这一点，设计师应该使用特定的设计措施，如圆角半径或锥度，以简化从一种形状到另一种形状的过渡。平滑零件设计的关键区域会影响应力的流动并防止应力在一个位置累积。

2。使用缓解槽口

设计人员还可以通过去除凹槽附近的材料来减轻应力集中，从而创建一个称为释放凹槽的额外凹槽。尽管释放槽口为设计添加了一些额外的几何形状，但设计人员可以使用释放槽口来控制零件中的应力线。这些特征可以通过连续的 FAE 分析来测试和完善。

3。选择几个小的浮雕槽口，而不是一个长的槽口

当孔和槽口不可避免时，最好使用许多小的释放槽口。与使用单个凹槽来纠正任何不规则性的先前技术相比，这种方法涉及用几个较小的凹槽围绕每个有意的凹槽以消除潜在的应力集中。工程师可以去除额外的材料以创建微型槽口，同时保持原始槽口。

4。避免尖角

一般原则上应避免尖角，尤其是在 CNC 加工内部零件几何形状时，但如果设计师担心会产生应力集中机会，也应避免使用尖角。如果图案允许，设计师应始终在尖角处使用圆角半径。该设计因素确保横截面积逐渐减小而不是突然减小，并使应力更均匀地分布在整个零件中。

使用快速半径减少压力

应力集中，当过多的应力在设计中的某一点累积时，会损害零件的结构完整性并导致其过早地变弱或断裂。幸运的是，产品团队可以通过将上述设计技巧和解决方法纳入其零件设计来防止应力集中。

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