生活中的可靠性小案例11:窗戶把手斷裂

窗戶把手又斷了,之前也斷過一次,使用次數并沒有特別多。上方的圖是正常的把手狀態,斷的形狀如下方圖所示。

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這種懸臂梁結構,沒有一個良好的圓角過渡,導致應力集中。窗戶的開關,對應的是把手的推拉,受力后容易開裂。廠家一直沒改,嚴重懷疑就是故意設計成這樣來賺售后錢的。

在設計和工程領域,應力集中是一個常見的現象,它通常發生在材料或結構中的幾何形狀突然變化的地方,如尖銳的角、孔洞或切口等。應力集中會導致局部應力顯著增大,從而可能引發材料的疲勞、斷裂或破壞。降低應力集中的影響有很多種方法,圓角設計就是其中一種很常見的方法。

圓角設計是通過在材料或結構中的尖銳角處添加一段與兩邊相切的圓弧來消除應力集中的一種方法。這種設計能夠改變局部的幾何形狀,使得應力分布更加均勻,從而降低局部應力值。圓角設計不僅適用于金屬、塑料等硬質材料,也適用于橡膠、織物等軟質材料。

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飛機窗的圓角設計:為了使得載荷能夠均勻的傳遞,不產生集中載荷,將舷窗設計成圓形或者矩形才能消除集中載荷和應力集中,避免飛行時在拐角的地方產生裂紋,從而提高飛機的實用壽命和使用次數。(圖片來源:千圖網)

在機械工程領域,圓角主要有以下幾個作用:

●降低應力集中:圓角設計能夠改變局部的幾何形狀,使得應力分布更加均勻,從而降低局部應力值,減少材料疲勞和斷裂的風險。對于材料熱處理中存在內應應力集中,增加過渡圓角可以消除內應力所致的變形、斷裂。

●提高結構強度:通過降低應力集中,圓角設計能夠提高結構的整體強度和穩定性,使其更加能夠承受外部載荷和沖擊。尤其對于懸臂類零件,增加圓角起增加強度作用。

●改善加工性能:在制造過程中,圓角設計能夠減少刀具磨損和加工難度,提高加工效率和質量。也方便加工出來的零件比較好裝配(例如一些結構設計為導圓角,使得自動落入裝配)。

●增加美觀度:圓角設計能夠使得產品外觀更加圓潤、柔和,提高產品的美觀度和用戶體驗。此外,在航空航天和汽車制造領域,除了美觀外,圓角設計還可以用于降低飛行器和汽車的重量和阻力,同時提高結構的強度和穩定性。

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