Mikä on stressin keskittyminen?

Stressipitoisuus on ilmiö, joka voi johtua reiästä, terävästä mutkasta tai esineen viasta, kun siihen kohdistetaan voimaa. Tämä johtuu siitä, että esineen rakenteen epäsäännöllisyydet aiheuttavat yleensä stressiä tietyillä alueilla. Näitä paikkoja kutsutaan tyypillisesti jännityspitoisuuksiksi, koska ne edustavat alueita, joilla jännitysvoimat lisääntyvät. Kohde, joka on rakenteeltaan melko yhtenäinen, on yleensä paljon joustavampi kuin vastaava esine, jolla on yksi tai useampi jännityspitoisuus. Tämä johtuu siitä, että jännityskonsentraatiossa havaittu kohonnut paine jättää kohteen yleensä alttiimmaksi vahingoittumiselle, joka aiheutuu katkeamisesta, halkeilusta tai muulla tavalla murtumisesta.

Kun esineen rakenne on melko yhtenäinen, jännitys jakautuu tasaisesti koko aineeseen. Yksi tapa visualisoida tämä on litteä lauta, jossa on tasaisesti sijoitetut voimalinjat pitkin pintaa. Jos levyyn porataan reikä, levyyn kohdistuva jännitys keskittyy reiän kummallekin puolelle. Tämä johtuu siitä, että voimajohdot eivät voi kulkea materiaalin läpi, joka poistettiin reiän porattaessa. Voimajohtojen on mentävä reiän ympäri, jolloin tuloksena on keskittyneitä jännitysalueita, mikä tekee levyn murtumisesta todennäköisempää kyseisessä kohdassa, jos kohdistetaan ylimääräistä voimaa.

Lähes kaikki esineet, joilla ei ole täysin yhtenäistä rakennetta, sisältävät jonkinlaista jännityspitoisuutta. Jos aine, josta esine on valmistettu, sisältää epäpuhtauksia tai vikoja, olivatpa ne kuinka pieniä tahansa, ne johtavat yleensä voimajohtojen keskittymiseen. Tämän vuoksi on erityisen tärkeää poistaa kaikki epäpuhtaudet, kun rakennetaan esineitä, jotka joutuvat alttiiksi paljon. Pienet halkeamat aiheuttavat myös jännityspitoisuutta, mikä voi johtaa paljon suurempiin murtumiin ajan mittaan.

Kohteen geometrinen rakenne voi myös johtaa jännityspitoisuuteen. Joitakin yleisiä esimerkkejä ovat ontot ja suorakulmaiset palkit sekä akselit, joissa on kehäurat tai olkapäät. Jokaisella näistä muodoista on erilainen jännityskonsentraatiomalli, joka voi johtaa kohteen tai komponentin vikaantumiseen tietyissä olosuhteissa. Koska keskellä ei ole tukimateriaalia, ontto neliömäinen palkki epäonnistuu, jos se kiertyy. Muut esineet, kuten akselit, joissa on uria tai viiltoja, voivat epäonnistua vääntö-, taivutus- tai aksiaalivoimien vaikutuksesta.