专家天地：缺口效应

问： 什么是「缺口效应」？
它对螺栓有何影响？

答： 缺口」是一个部件的横截面发生变化之处，它可能产生自钻孔、凹槽或截面差异。缺口可致应力分布不均，产生应力峰值，这就是「缺口效应」。缺口效应会降低负荷能力，所以它是测算部件或结构的机械强度时一个关键的参数，特别是对承受拉伸、压缩、弯曲、剪切或扭转应力的部件而言。缺口效应（或应力峰值）可导致早期失效，所以通常被看成是一种不良影响。解决这个问题的办法，是把部件设计成足够大的尺寸。

但缺口未必一无是处。通过一定的设计，它们可以增加部件的强度，例如使螺纹根部应变硬化，或者形成一个预定的断裂点。

由于缺口效应，承受拉伸的螺栓会产生局部应力峰值。因为防止了横向收缩，延性材料的拉伸断裂应力最多可比无缺口的圆钢高出20%。

螺栓的自由负荷螺纹的缺口效应，并不像螺纹尾部或者初次承受负荷的螺纹那样大，这是因为串连在一起的螺纹减少了缺口效应。在拉伸应力下，螺栓会在自由负荷螺纹处断裂，从而实现螺栓本应在此处断裂的设计原则。通常情况下，螺纹会提前发生韧性形变，所以我们可以及时发现失效。

除了拉伸应力，螺栓通常还要承受反复负荷，所以它们的负荷能力也很重要。缺口会产生很高的缺口压力，所以螺栓不能传导振动荷载。这甚至能导致螺栓的疲劳断裂。