缺口效應(yīng)是指在各種材料鑄件中鉆孔、切槽、攻絲等加工時(shí)，對此部位施加應(yīng)力，容易引起應(yīng)力集中，造成破壞的現(xiàn)象。

缺口效應(yīng)影響的程度，稱為缺口敏感度=有缺口時(shí)強(qiáng)度/無缺口時(shí)強(qiáng)度。缺口敏感度隨塑料種類而異，也受溫度、缺口形狀、荷重速度的影響。

集中應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，引起的缺口根部附近區(qū)域的塑性變形,即缺口造成應(yīng)力的集中，這是缺口的第一個效應(yīng)。

缺口改變了缺口前方的應(yīng)力狀態(tài)，使平板中材料所受的應(yīng)力由原來的單向拉伸改變?yōu)閮上蚧蛉蚶?，這是缺口的第一個效應(yīng)。

試樣的屈服應(yīng)力比單向拉伸時(shí)的要高，即產(chǎn)生了所謂缺口“強(qiáng)化”現(xiàn)象。缺口使塑性材料得到“強(qiáng)化”，這是缺口的第三個效應(yīng)。

某鑄件在檢測中一度出現(xiàn)拉伸試驗(yàn)不合格情況，經(jīng)調(diào)查分析后認(rèn)為是試樣本身產(chǎn)生了應(yīng)力集中造成的，后改進(jìn)制樣方法，使問題得到了解決。

現(xiàn)象

零件材料為Q T 6 0 0 － 3 ， 技術(shù)要求R m ≥600MPa，A≥3%。在前一段時(shí)間，試驗(yàn)中多次出現(xiàn)試樣斷在標(biāo)距上或標(biāo)距外（甚至在過渡部分）。

分析

查看這些鑄件的化學(xué)成分報(bào)告，是符合標(biāo)準(zhǔn)要求的。生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境條件和工藝方法也符合技術(shù)要求。仔細(xì)觀察試樣的斷口，存在一個普遍現(xiàn)象：斷面經(jīng)過“樣沖眼”處。樣沖眼是確定試樣標(biāo)距時(shí)打上去的。

把拉斷的試樣對接起來可以看到，樣沖眼較大、較深，這相當(dāng)于在光滑試樣上有了“缺口”。相關(guān)資料顯示，缺口的存在改變了試樣的受力條件，造成硬性的應(yīng)力狀態(tài)，不利于材料的塑性變形，會使材料趨向、甚至處于脆性狀態(tài)，同時(shí)還在試樣上缺口的根部引起應(yīng)力集中。因此可以認(rèn)為，缺口是造成硬性應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力集中，以及降低材料韌性的一個脆化因素。

因?yàn)樵诖嘈誀顟B(tài)下，當(dāng)平均應(yīng)力較低時(shí)，缺口尖端的最大應(yīng)力有可能達(dá)到材料的斷裂抗力，促進(jìn)了裂紋的生成和擴(kuò)張，從而引起早期脆性斷裂。缺口使脆性狀態(tài)下的材料強(qiáng)度降低。

對于塑性好的材料，在拉伸時(shí)整體金屬能均勻變形，應(yīng)力集中不明顯；而塑性差的材料（如鑄鐵件），整體變形能力差，應(yīng)力不能均勻釋放而在薄弱截面產(chǎn)生應(yīng)力集中（如零件的不通孔或臺肩處，試樣從光滑部分過渡到端部時(shí)）。因此，在拉伸試驗(yàn)時(shí)會在過渡部分?jǐn)嚅_。

有研究認(rèn)為，在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力集中程度不僅與缺口尖銳度有關(guān)，也與缺口深度相關(guān)。尖銳度和深度相同的缺口，會在試樣內(nèi)引起更大的應(yīng)力集中效應(yīng)。

經(jīng)過以上分析，找到了缺口斷裂的原因：試樣打樣沖眼處的“缺口”產(chǎn)生了應(yīng)力集中，導(dǎo)致早期脆性斷裂。隨后又重新送試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，采用劃針畫線來確定試樣標(biāo)距，試驗(yàn)結(jié)果完全符合技術(shù)要求，恢復(fù)了正常生產(chǎn)。

結(jié)論和措施

（1）試樣上的缺口效應(yīng)導(dǎo)致早期脆性斷裂。

（2）在加工制作試樣時(shí)，不打樣沖眼，而是涂畫標(biāo)距線。

另外，一定要保證試樣表面質(zhì)量（光滑無紋痕）和尺寸精度，試驗(yàn)時(shí)一定要對正中心。如果試樣有了缺口或偏斜，將會改變試樣的應(yīng)力狀態(tài)，從而影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性。

在這種情況下A 3%，達(dá)不到要求。即使重新熱處理后送樣試驗(yàn)，仍然在這些位置斷開

以上案例說明，在尺寸突變處，如果沒有采用圓角過渡，會導(dǎo)致有限元分析中應(yīng)力無限增大。 實(shí)際上，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了降低應(yīng)力集中因素，有一些基本的設(shè)計(jì)法則，簡述如下：

1、填充法

在圓孔內(nèi)插入一根棒，也可以降低圓孔處的應(yīng)力集中。

2、修改形狀

（1）流線型：對于變截面的受拉桿件或受壓桿件，如果采用流線型過渡，可以使得構(gòu)件應(yīng)力均勻，從 而避免應(yīng)力集中。

（2）圓角：在構(gòu)件中絕對禁止出現(xiàn)尖銳轉(zhuǎn)角。因?yàn)橛衫碚摲治隹芍?dāng)圓角的曲率半徑趨向零時(shí)， 其應(yīng)力集中系數(shù)趨向無窮大。用圓角代替尖銳轉(zhuǎn)角，能有效緩和應(yīng)力集中。下面是工程上應(yīng) 用圓角的例子。

（3）橢圓孔：在保證構(gòu)件正常工作的前提下，把圓孔變成橢圓孔，往往能提高構(gòu)件的強(qiáng)度。

3、表面削去法

如下圖，在孔的上下兩邊挖去一定厚度的材料，會降低這部分的剛度，以達(dá)到緩和應(yīng)力 集中的目的。這些圖中，最后一種情況應(yīng)力集中系數(shù)最小。

4、適當(dāng)選擇應(yīng)力集中因素的位置

（1）應(yīng)力集中因素應(yīng)該選擇在應(yīng)力低的部位

不要把孔放在彎矩最大的截面上；不要把孔放在靠近邊緣的地方。 

（2）要考慮是否有母體之間發(fā)生相互干涉，導(dǎo)致應(yīng)力上升

隨著孔距離邊沿越來越近，應(yīng)力集中會加劇。

5、附加應(yīng)力集中因素

在左邊的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，右邊的結(jié)構(gòu)增加了一個孔，其應(yīng)力集中系數(shù)反而降 低。

6、適當(dāng)選擇應(yīng)力集中因素的方向

如下圖，三種長孔的情況，最底下一種應(yīng)力集中系數(shù)最大，盡量不要采用這種方式。而 最上面的情況則應(yīng)力集中系數(shù)最小。