Che cos’è una concentrazione di stress?

La concentrazione dello stress è un fenomeno che può essere causato da un foro, una curvatura acuta o un difetto in un oggetto quando viene applicata la forza. Ciò è dovuto al fatto che le irregolarità nella struttura di un oggetto tenderanno a provocare un accumulo di stress in determinate aree. Tali posizioni sono generalmente denominate concentrazioni di sollecitazione, poiché rappresentano aree in cui le forze di sollecitazione sono aumentate. Un oggetto che ha una struttura abbastanza uniforme tenderà ad essere molto più resistente di un oggetto simile che ha una o più concentrazioni di stress. Ciò è dovuto al fatto che l’aumento della pressione riscontrato in una concentrazione di stress in genere lascia un oggetto molto più vulnerabile ai danni dovuti a rottura, rottura o rottura in qualche altro modo.

Quando la struttura di un oggetto è abbastanza uniforme, lo stress tenderà a distribuirsi uniformemente su tutta la sostanza. Un modo per visualizzarlo è una tavola piatta con linee di forza uniformemente distanziate che corrono lungo la superficie. Se viene praticato un foro nella tavola, qualsiasi sollecitazione applicata alla tavola sarà concentrata su entrambi i lati del foro. Ciò è dovuto al fatto che le linee di forza non possono passare attraverso il materiale che è stato rimosso durante la perforazione. Le linee di forza devono girare intorno al foro, risultando in aree di sollecitazione concentrata, rendendo più probabile la rottura della tavola in quel punto, se viene applicata una forza eccessiva.

Praticamente qualsiasi oggetto privo di una struttura completamente uniforme conterrà un qualche tipo di concentrazione di stress. Se la sostanza di cui è composto un oggetto contiene contaminanti o difetti, non importa quanto piccoli, tenderanno a provocare la concentrazione di linee di forza. Ciò rende particolarmente importante rimuovere eventuali contaminanti durante la costruzione di oggetti che saranno soggetti a molto stress. Piccole crepe provocano anche la concentrazione delle sollecitazioni, che può portare a fratture molto più grandi nel tempo.

La struttura geometrica di un oggetto può anche provocare la concentrazione dello stress. Alcuni esempi comuni includono travi cave e ad angolo retto e alberi con scanalature circonferenziali o raccordi di spallamento. Ognuna di queste forme ha un diverso schema di concentrazione delle sollecitazioni, che in determinate circostanze può provocare il cedimento di un oggetto o di un componente. A causa della mancanza di materiale di supporto al centro, una trave quadrata cava tenderà a cedere se viene attorcigliata. Altri oggetti, come gli alberi con scanalature o raccordi, possono cedere sotto torsione, flessione o forze assiali.