焊接局部應力集中是怎麼回事

A. 應力集中產生的原因及後果

簡單說：

原因：
對於不同的加工方式，應力集中產生的根本原因不一，
比如 焊接應力集中根本原因為焊接過程中，對焊件進行不均勻加熱和冷卻。
後果：
對焊接件結構的強度及使用性能產生影響。

B. 引起焊接結構應力集中的因素有哪些

焊接殘余應力對焊件有 6個方面的影響。①對強度的影響：如果在高殘余拉應力區中存在嚴重的缺陷，而焊件又在低於脆性轉變溫度下工作，則焊接殘余應力將使靜載強度降低。在循環應力作用下,如果在應力集中處存在著殘余拉應力,則焊接殘余拉應力將使焊件的疲勞強度降低。焊件的疲勞強度除與殘余應力的大小有關外,還與焊件的應力集中系數應力循環特徵系數 [6][min]/[6][max]和循環應力的最大值[6][max]有關其影響隨應力集中系數的降低而減弱,隨[6][min]/[6][max]的降低而加劇（例如對交變疲勞強度的影響大於脈沖疲勞）,隨[6][max]的增加而減弱。當[6][max]接近於屈服強度時，殘余應力的影響逐漸消失。②對剛度的影響：焊接殘余應力與外載引起的應力相疊加，可能使焊件局部提前屈服產生塑性變形。焊件的剛度會因此而降低。③對受壓焊件穩定性的影響：焊接桿件受壓時，焊接殘余應力與外載所引起的應力相疊加，可能使桿件局部屈服或使桿件局部失穩，桿件的整體穩定性將因此而降低。殘余應力對穩定性的影響取決於桿件的幾何形狀和內應力分布。殘余應力對非封閉截面（如工字形截面）桿件的影響比封閉截面（如箱形截面）的影響大。④對加工精度的影響：焊接殘余應力的存在對焊件的加工精度有不同程度的影響。焊件的剛度越小，加工量越大，對精度的影響也越大。⑤對尺寸穩定性的影響：焊接殘余應力隨時間發生一定的變化，焊件的尺寸也隨之變化。焊件的尺寸穩定性又受到殘余應力穩定性的影響。⑥對耐腐蝕性的影響：焊接殘余應力和載荷應力一樣也能導致應力腐蝕開裂。

C. 什麼是應力集中

應力集中是指結構或構件的局部區域的最大應力值比平均應力值高的現象。

應力集中是彈性力學中的一類問題，指物體中應力局部增高的現象，一般出現在物體形狀急劇變化的地方，如缺口、孔洞、溝槽以及有剛性約束處。

應力集中能使物體產生疲勞裂紋，也能使脆性材料製成的零件發生靜載斷裂。在應力集中處，應力的最大值（峰值應力）與物體的幾何形狀和載入方式等因素有關。

局部增高的應力隨與峰值應力點的間距的增加而迅速衰減。由於峰值應力往往超過屈服極限（見材料的力學性能）而造成應力的重新分配，所以，實際的峰值應力常低於按彈性力學計算得到的理論峰值應力。

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詳細介紹：

應力集中是應力在固體局部區域內顯著增高的現象。多出現於尖角、孔洞、缺口、溝槽以及有剛性約束處及其鄰域。

應力集中會引起脆性材料斷裂；使脆性和塑性材料產生疲勞裂紋。在應力集中區域，應力的最大值（峰值應力）與物體的幾何形狀和載入方式等因素有關。

局部增高的應力值隨與峰值應力點的間距的增加而迅速衰減。由於峰值應力往往超過屈服極限（見材料力學性能）而造成應力的重新分配，所以，實際的峰值應力常低於按彈性力學計算出的理論峰值應力。

反映局部應力增高程度的參數有理論應力集中系數α，它是峰值應力和不考慮應力集中時的應力（即名義應力）的比值，它恆大於1，且與載荷的大小無關。

對受單向均勻拉伸的無限大平板中的圓孔，α=3。由光滑試樣得出的疲勞極限和同樣材枓製成的缺口試樣的疲勞極限之比，稱為有效應力集中系數，它總小於理論應力集中系數，一般可由後者按經驗公式得到它的近似值。

1898年德國的G.基爾施首先得出圓孔附近應力集中的結果。1909年俄國的G.V.科洛索夫求出橢圓孔附近應力集中的公式。

20世紀20年代末，蘇聯的N.I.穆斯赫利什維利等人把復變函數引入彈性力學，用保角變換把一個不規則分段光滑的曲線變換到單位圓上，導出復變函數的應力表達式及其邊界條件，進而獲得一批應力集中的精確解。

各種實驗手段的發展也很快，如電測法、光彈性法、散斑干涉法、雲紋法等實驗手段（見實驗應力分析）均可測出物體的應力集中。

隨著科技的進步，計算機和有限元法以及邊界元法的迅速發展，為尋找應力集中的數值解開辟了新途徑。

為了避免材料或構件因應力集中而造成的破壞，工程上主要採取以下一些措施：

①表面強化：對材料表面作噴丸、滾壓、氮化等處理，可以提高材料表面的疲勞強度；

②避免尖角：即把稜角改為過度圓角，適當增大過渡圓弧的半徑，效果更好；

③改善零件外形；曲率半徑逐步變化的外形有利於降低應力集中系數，比較理想的辦法是，採用流線型型線或雙曲率型線，後者更便於在工程上應用；

④孔邊局部加強：在孔邊採用加強環或作局部加厚均可使應力集中系數下降，下降程度與孔的形狀和大小、加強環的形狀和大小以及載荷形式有關；

⑤適當選擇開孔位置和方向：開孔的位置應盡量避開高應力區，並應避免因孔間相互影響而造成應力集中系數增高，對於橢圓孔，應使其長軸平行於外力的方向，這樣可降低峰值應力；

⑥提高低應力區應力，減小零件在低應力區的厚度，或在低應力區增開缺口或圓孔，使應力由低應力區向高應力區的過渡趨於平緩；

⑦利用殘余應力：在峰值應力超過屈服極限後卸載，就會產生殘余應力，合理地利用殘余應力也可降低應力集中系數。

參考資料:網路---應力集中

D. 焊縫構件內為什麼會產生應力集中

因為焊接時，在焊縫處造成高溫然後又急速冷卻，使焊趾部位溫差過大，從微觀上講就是此處內部晶格排列不整齊所造成的，可以進行時效處理，例如回火或者振動時效，超聲波時效，都可以解決應力集中的問題。

E. 什麼是應力集中怎樣減少應力集中

應力集中是指結構或構件的局部區域的最大應力值比平均應力值高的現象。

1、表面強化：對材料表面作噴丸、滾壓、氮化等處理，可以提高材料表面的疲勞強度；

2、避免尖角：即把稜角改為過度圓角，適當增大過渡圓弧的半徑，效果更好；

3、改善零件外形；曲率半徑逐步變化的外形有利於降低應力集中系數，比較理想的辦法是，採用流線型型線或雙曲率型線，後者更便於在工程上應用。

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應力集中不僅與物體的形狀及外形結構有關，還與選取材料有關，與外界應用環境也存在不可忽略的關系（如溫度因素），

另外，在加工過程中也可能導致應力的改變，例如回火不當引起二次淬火裂紋、電火花線切割加工顯微裂紋、機械設計時也難免導致某部位的應力集中。

參考資料來源：網路-應力集中

F. 應力集中的原因是什麼

應力集中是指受力構件由於幾何形狀、外形尺寸發生突變而引起局部范圍內應力顯著增大的現象。
由於缺口部分不能承受外力，這一部分外力要由缺口前方的部分材料來承擔，因而缺口根部的應力最大，離開缺口根部，應力逐漸減小，一直減小到某一恆定數值，這時缺口的影響便消失了。