應力集中係數計算機

應力集中係數衡量幾何不連續使構件局部應力高於名義應力的程度。其定義為 Kt = σmax / σnom，其中 σmax 是幾何特徵附近的彈性峰值應力，σnom 是未解析該局部峰值時算出的參考應力。分子和分母使用相同應力單位，因此 Kt 無因次。係數為 2 表示局部彈性應力是名義值的兩倍。 常見應力集中源包括孔洞、凹槽、肩部、鍵槽、螺紋、尖角和截面突變。平滑過渡及較大的圓角半徑通常可降低應力集中。適當的名義應力定義取決於幾何形狀，以及提供峰值應力的手冊、標準、有限元素模型或試驗資料。兩個值必須對應相同的負載工況與應力分量。例如，將 von Mises 峰值應力與名義軸向應力混用，可能得到沒有公認設計意義的比值。 本計算機根據已知最大應力和名義應力求出 Kt，不會根據尺寸直接預測 Kt，因為每種幾何形狀都需要專用圖表或公式。該比值描述理論彈性應力集中，不應直接視為疲勞缺口係數。疲勞設計中，材料的缺口敏感性會使有效疲勞係數 Kf 低於 Kt。塑性降伏也可能重新分配尖銳的彈性峰值，但依適用設計準則，降伏本身也可能不可接受。 Kt 可用於判斷局部特徵的重要性、根據名義分析估算彈性峰值應力，或比較不同幾何方案。應確認報告的峰值不是理想化尖角或點負載造成的數值奇異性。當峰值來自有限元素分析時，網格細化、實際圓角、適當邊界條件和收斂檢查都很重要。最終設計決策還應考慮材料強度、疲勞壽命、負載譜、安全係數、製造公差、環境及適用規範要求。