Реальным деталям машин и элементам сооружений свойственны формы, вызывающие более или менее значительную концентрацию напряжений. Всевозможные резкие изменения сечений, отверстия, надрезы, присоединенные части и многие другие факторы способны вызвать местное повышение напряжений на опасную для прочности величину. Помимо конструктивных причин, концентрацию напряжений могут вызвать также технологические причины (наличие неметаллических включений, пор, непроваров при сварке или наплавке, трещин и пр.) и эксплуатационные (коррозионные и эрозионные повреждения, задиры, контактирование с сопряженными деталями и пр.).
Местное повышение напряжений определяют расчетным или экспериментальным методом (оптический метод, тензометрирование, электроаналогия и пр.) и выражают теоретическим коэффициентом
=_max/_н или =_max/_н,
где _max и _max - максимальные значения напряжений в зоне концентратора; _н и _н - номинальные напряжения без учета концентрации.
Численные значения коэффициентов зависят от формы и размеров концентраторов и для широкого круга деталей машин и элементов сооружений находятся в следующих пределах: 1<4 и более.
Для распространенных типовых случаев значения и можно найти в соответствующих справочниках и монографиях [158]. Вычисление их в общем случае представляет некоторые трудности. Как правило, величины и находятся в зависимости от глубины и остроты выточек. Так, для цилиндрического стержня с кольцевой неглубокой выточкой глубиной t и радиусом закругления
=1+2(t/) и =1+( t/).
Сопротивление усталости образцов металла и деталей машин понижается в зонах концентрации напряжений в предельном случае на величину, отвечающую величине теоретического коэффициента концентрации напряжений. Как правило, это снижение несколько меньше и выражается так называемым эффективным (или действительным) коэффициентом концентрации напряжений:
К=_а/_а(к); К=_а/_а(к),
где _а; _а; _а(к) и _а(к) экспериментально полученные предельные амплитуды напряжений для образца без концентратора напряжений и с концентратором напряжений. При этом К; К.
Степень сближения величин эффективного и теоретического коэффициентов концентрации напряжений зависит от свойств металла, степени концентрации и условий испытания. Чем пластичнее и мягче металл, тем больше сглаживается пик напряжений в зоне концентраторов и тем больше отличается эффективный коэффициент от теоретического. Только для высокопрочных и малопластичных материалов полностью сглаживается разница между указанными коэффициентами. По разнице значений теоретического и эффективного коэффициентов судят о чувствительности материалов к концентрации напряжений. Последняя количественно определяется как отношение соответствующих коэффициентов, уменьшенных на единицу:
q=(K-1)/(-1) и q=(К-1)/(-1).
Коэффициенты чувствительности к концентрации напряжений принимают значения в пределах 0q<1; 0q<1. При q=0 материал полностью нечувствителен к концентрации и К=1 или К=1. При q=1 материал имеет максимальную чувствительность к концентрации и K= или К= .