La concentration de contrainte est un phénomène qui peut être causé par un trou, un virage serré ou un défaut dans un objet lorsqu’une force est appliquée. Cela est dû au fait que des irrégularités dans la structure d’un objet auront tendance à entraîner une accumulation de contraintes dans certaines zones. Ces emplacements sont généralement appelés concentrations de contraintes, car ils représentent des zones où les forces de contrainte sont augmentées. Un objet dont la structure est assez uniforme aura tendance à être beaucoup plus résistant qu’un objet similaire qui a une ou plusieurs concentrations de contraintes. Cela est dû au fait que la pression accrue trouvée dans une concentration de contrainte laisse généralement un objet beaucoup plus vulnérable aux dommages causés par la rupture, la fissuration ou la rupture d’une autre manière.
Lorsque la structure d’un objet est assez uniforme, la contrainte aura tendance à être répartie uniformément dans toute la substance. Une façon de visualiser cela est une planche plate avec des lignes de force régulièrement espacées le long de la surface. Si un trou est percé dans la planche, toute contrainte appliquée à la planche sera concentrée de chaque côté du trou. Cela est dû au fait que les lignes de force ne peuvent pas traverser le matériau qui a été retiré lors du perçage du trou. Les lignes de force doivent faire le tour du trou, ce qui entraîne des zones de contrainte concentrée, ce qui rend la planche plus susceptible de se casser à cet endroit, si une force excessive est appliquée.
Pratiquement tout objet dépourvu d’une structure entièrement uniforme contiendra un certain type de concentration de contraintes. Si la substance à partir de laquelle un objet est fabriqué contient des contaminants ou des défauts, peu importe leur taille, ils auront tendance à entraîner une concentration de lignes de force. Cela rend particulièrement important l’élimination de tout contaminant lors de la construction d’objets qui seront soumis à beaucoup de stress. Les petites fissures entraînent également une concentration de contraintes, ce qui peut conduire à des fractures beaucoup plus importantes au fil du temps.
La structure géométrique d’un objet peut également entraîner une concentration de contraintes. Certains exemples courants incluent les poutres creuses et à angle droit et les arbres avec des rainures circonférentielles ou des congés d’épaulement. Chacune de ces formes a un modèle différent de concentration de contraintes, ce qui peut entraîner la défaillance d’un objet ou d’un composant dans certaines circonstances. En raison de l’absence de tout matériau de support au centre, une poutre carrée creuse aura tendance à échouer si elle est tordue. D’autres objets, tels que des arbres comportant des rainures ou des congés, peuvent se rompre sous l’effet de la torsion, de la flexion ou des forces axiales.