破壞力學與疲勞

寬板中有一個橢圓孔(長軸方向的半徑 a = 1.0 mm,長軸端點的曲率半徑 ρ = 0.040 mm),在垂直於長軸的方向承受100 MPa的拉伸應力。以 σmax = σ₀(1 + 2√(a/ρ)) 估算孔端的最大應力,最接近下列何者?

  1. A約1100 MPa
  2. B約5100 MPa
  3. C約140 MPa
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正確答案:A. 約1100 MPa

a/ρ = 1.0/0.040 = 25,因此 √(a/ρ) = 5,應力集中係數為 Kt = 1 + 2×5 = 11,最大應力為 σmax = 100×11 = 約1100 MPa。孔越長、端點越尖(ρ越小),應力越集中;像裂縫那樣 ρ 小到原子間距的程度時,即使平均應力很低,端點的應力也會達到理論強度。約5100 MPa 是沒有取平方根而用 1 + 2a/ρ 的值,約140 MPa 是把 a 與 ρ 顛倒而用 √(ρ/a) 的值。圓孔(a = ρ)時 Kt = 3,由這個式子也能理解為什麼把缺口底部倒圓可以緩和應力集中。

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