应力集中在生活中的影响
(原论文题目:应力应变在生活中的影响)
摘要
应力集中是指受力构件由于外界因素或自身因素几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。应力集中在生活中各个方面都有体现并产生影响,本篇论文就是选取生活中的几个典型例子
说明
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应力集中在生活中影响的利与弊,并进一步讨论在生活中如何对各种应力集中现象进行利用与避免。
关键词
生活应力集中利用与避免
作者单位:湘潭大学湘潭大学材料系
一、应力集中的利用
例子1、食品包装塑料袋中的应力集中利用
现在许多食品的塑料包装袋上离封口不远处的边上都会有三角形的缺口或者一条很小的切缝,沿着这些缺口或切缝撕塑料袋时,在缺口或切缝的根部会由于应力集中而产生很大的应力,因此稍稍用力就可以把塑料袋撕开。但是如果塑料袋上没有这样的缺口或切缝,想要撕开塑料袋就很困难了。这就是典型的利用应力集中解决生活中的问题的例子。
例子2、利用应力集中,使砍树更加科学
人们在砍树时常常会在里树根不远处先砍出一个三角形口子,然后再用力一推即可把树推倒、这是因为在三角形口子的顶尖处由于应力集中也产生很大的应力,利用这个应力甚至不用自己推树就会倒下来。利用这一现象,我们砍树的时候可以用更少的时间更小的力气,如此便提高了工作效率。
例子3、切割玻璃时的应力集中利用
玻璃店在切割玻璃时,通常先用金刚石刀在玻璃
表
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面划一刀痕,再把两侧的玻璃轻轻掰断玻璃会沿划痕断开。这也是由于在刀痕处产生了应力集中。可见可见应用集中在生活中的应用十分广泛且重要。
二、构件中对应力集中的避免
材料的不均匀,材料中微裂纹的存在,都会导致应力集中,导致宏观裂纹的形成、扩展,直至构件的破坏。因此,在审计构件是,应避免几何形状的突然变化尽可能做到光滑、逐渐过渡。通常可采取消除尖角、改善构件外形、局部加强孔边以及提高材料表面光洁度等
措施
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;另外还可对材料表面作喷丸、辊压、氧化等处理,以提高材料表面的疲劳强度,等等。
例子1、发动机的汽缸体出现裂缝后,可用环氧树脂等粘接剂粘合。在粘合前,先在裂缝的两端钻一个小孔。
本例中打一个小孔可大大的降低裂纹两端的应力集中系数,阻止了裂纹的扩展,延长了发动机的使用寿命。;
例子2、自行车内胎被刺破后,可用橡胶补块粘补。补块一般剪成圆形或椭圆形,而非正方形,且补块的边缘剪成斜茬形,下面宽,逐渐向上变窄。
本例中补块的边缘剪成斜茬形是整个内胎平滑降低应力集中应数,避免在运动中由于应力集中避免补快脱落的情况。
小结:应力集中在我们的生活中无处不在,它是一把双刃剑,利用好了可以为我们的生活带来无限的便利,但是如果我们忽略它的存在,就会给我们的生活带来极大的不便甚至造成灾难性的后果。作为当代大学生,我们应该充分学习和了解应力集中相关的专业知识,保证对应力集中这一现象有足够充分的了解。在学成以后在工作生活中积极对应力集中加以利用和避免,用我们的知识切实改善我们的生活。
附:几个因忽视应力集中造成危害的实例:
1、2004年日本美浜核电站事故。虽然并未导致核泄漏,但蒸汽爆发还是导致5名工人死亡,数十人受伤。美浜核电站座落于东京西部大约320公里的福井县,1976年投入运营,1991年至2003年曾发生过几次与核有关的小事故。2004年8月9日,涡轮所在建筑内连接3号反应堆的水管在工人们准备进行例行安全检查时突然爆裂。虽然并未导致核泄漏,但蒸汽爆发还是导致5名工人死亡,数十人受伤。2006年,美浜核电站又发生火灾,导致两名工人死亡。事故原因主要是蒸汽发生器内细管的金属疲劳。
2、1998年德国ICE城际列车脱轨事件。1998年6月3日,由慕尼黑开往汉保的德国ICE884次高速列车在运行至距汉诺威东北方向附近的小镇埃舍德时,发生了第二次世界大战后德国最为惨重的列车脱轨行车事故。该列车由两辆机车和12辆拖车组成,事故发生后12辆拖车全部脱轨。造成100人死亡,88人重伤。该列车车轮系橡胶弹性车轮,轮箍是轧制的无缝钢圈,通过热效应压在轮心上,轮心是铸钢轮体,轮箍与轮心间有一层橡胶体。轮箍轧制时若残留气泡或矿碴,在高压负荷动力作用下,就可能开裂;也可能是由于轮箍材料老化产生“疲劳断裂”所致。
日本航空123号班机空难事件,发生于1985年8月12日,班机是波音747-100SR型,飞机编号JA8119。搭载509名乘客及15名机组员,从日本东京的羽田机场,预定飞往大阪伊丹机场。在御巢鹰山区附近的高天原山(距离东京约100公里)坠毁,520人罹难。事故原因:日本官方的航空与铁道事故调查委员会,经过调查后,做出三点结论。1.1978年6月2日,该飞机在大阪的伊丹机场曾损伤到机尾;2.机尾受损后,波音公司没有妥善修补,正常需要二排铆钉,但维修人员只是将损伤的部分补了一排铆钉,所以增加了接合点附近金属蒙皮所承受的剪力,使该处累积了金属疲劳的现象;3.该处的压力壁在损坏后,造成四组液压系统故障(液压油泄漏),导致机师无法正常操控飞机。
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