拉伸中间有圆孔的材料时为何通常是圆孔越来越大最后断裂？

这其实是一个非常经典的力学现象，涉及到材料的应力集中和断裂机理。简单来说，当你在有圆孔的材料上施加拉力时，圆孔的边缘会承受比其他地方大得多的力，就像一条狭窄的通道会聚集更多的人流一样，这种力量的集中最终导致材料在圆孔处最先失效。

让我们一步一步来剖析这个过程：

1. 应力是什么？

首先，我们需要理解“应力”这个概念。你可以把材料想象成很多很多小颗粒（原子或分子）组成的。当我们对材料施加一个拉力时，这个力会作用在材料的截面积上，使得颗粒之间产生一种“拉扯”的力量。单位面积上承受的力，我们就称之为应力。

2. 没有孔洞的均匀受力

如果材料是完整的，没有缺陷，那么在均匀拉伸的情况下，整个材料的应力分布是相对均匀的。也就是说，材料的每个部分都大致承受着相同的拉力。

3. 圆孔的出现——应力集中的根源

现在，我们在这块材料上挖了一个圆孔。这个圆孔就成了一个“缺陷”。想象一下，当拉力作用过来时，材料的颗粒需要绕过这个孔洞继续前进。

边缘的“迂回”： 颗粒们无法直接穿过圆孔，它们必须改变方向，绕着圆孔的边缘前进。这个“绕路”的过程，就使得圆孔的边缘承受了比材料其他部分更集中的拉力。
想象一个水龙头： 就像水流到水龙头出口时会加速一样，材料中的“力流”在遇到圆孔时，也会被“导向”并集中在圆孔的边缘。

4. 应力集中程度的计算（简单理解）

科学家们已经研究出如何计算这种应力集中的程度。对于一个薄板在平面内受均匀拉力，边缘有一个小圆孔的情况，在圆孔边缘的最外侧（垂直于拉力方向的两个点）会出现最大的应力。这个最大应力可以达到均匀拉应力的好几倍，具体倍数取决于材料的形状和孔的尺寸。

5. 材料的“强度”

每种材料都有一个“强度极限”，也就是它能承受的最大应力。一旦材料某一点的应力超过了这个极限，材料就会开始变形，最终断裂。

6. 圆孔处应力集中导致局部过载

由于圆孔边缘的应力被集中了，所以这个局部区域的应力值会比材料其他部分的应力值高很多。这意味着，即使整个材料承受的平均拉力还没有达到材料的整体强度极限，圆孔边缘的应力却可能已经超过了。

7. 圆孔的“扩张”

当圆孔边缘的应力超过材料的屈服强度（一种材料开始永久变形的临界应力）时，圆孔边缘的材料就会开始塑性变形。这种变形表现为圆孔的尺寸在不断增大，边缘的材料被“拉伸”开来。

“越拉越大”的现象： 随着整体拉力的增加，圆孔边缘的应力集中效应会更加显著。新的材料被拉入孔洞区域，导致孔洞进一步扩张。你可以把它想象成拉一根橡皮筋，中间有个小洞，你拉的时候，洞的边缘会先被拉伸，然后洞会变大。

8. 最终的断裂

当这个圆孔边缘的应力持续增加，并最终超过了材料的抗拉强度（材料在断裂前能承受的最大应力）时，材料就会在该处发生断裂。因为应力集中，断裂总是从这个应力最大的地方开始，然后沿着一个方向扩展开来，最终将整个材料撕裂。

为什么是圆孔？

圆孔之所以会引起应力集中，是因为它是一个“尖角”的近似。虽然它是光滑的圆，但在力的传递路径上，它提供了一个“拐弯”的路径。在更极端的情况下，如果你在材料上制造一个尖锐的裂缝或者一个非常小的缺口，应力集中效应会更加剧烈，材料会更容易在该处断裂。圆孔的圆滑，相比尖锐的裂缝，其应力集中程度会小一些，所以它会先经历一个“扩张”的过程，而不是立刻断裂。

总结一下：

在拉伸带有圆孔的材料时，圆孔边缘的材料会承受比其他地方大得多的应力，这是由于力的重新分布造成的。当应力超过材料的屈服强度时，圆孔边缘的材料会开始塑性变形，导致孔洞扩张。最终，当应力超过材料的抗拉强度时，材料就会在应力最集中的圆孔边缘处发生断裂。这个过程就像是材料在“优先”地将力量集中在一个点上，然后在这个点上彻底失效。

网友意见

题主，材料的受力并不是均匀的，这涉及到了力学的应力集中(Stress Concentration)这个知识点。比如我们吃零食时，包装上都会特意做一个缺口，方便大家撕开，就用到了这一原理。知友 @小侯飞氘 的回答中就提到了这一情况，我把他的答案贴在下方，供题主参考。

当然，如果想要比较直观结果的话，建议你了解下有限元分析软件。它可以帮你理解下“中间有圆孔”的东西，受力后真正的应力分布。比如说机械系小伙伴常用的软件：ANSYS。

我五年前曾经用过这个软件，好巧，尝试的第一个分析，就类似于你所提的问题：中间有圆孔的钢板受到拉力后的应力分布。

下面我贴出当年的结果，供题主参考。

上图为一个中间有圆孔的钢板，我给它附加的边界条件是：

1. 左边界完全固定
2. 右边界均匀地受到向右的拉力

分析后得出的应力分布，如下所示：

由上图可以看到，钢板受力后，发生形变，圆孔变成“椭圆”。由应力分布可知，应力最大值，发生于“椭圆”孔上下两个短轴的顶点上。显然，随着拉力的增加，当超过一定的数值后，这两个区域会最先受到破坏。

类似的话题

• 

  拉伸中间有圆孔的材料时为何通常是圆孔越来越大最后断裂？

  

  这其实是一个非常经典的力学现象，涉及到材料的应力集中和断裂机理。简单来说，当你在有圆孔的材料上施加拉力时，圆孔的边缘会承受比其他地方大得多的力，就像一条狭窄的通道会聚集更多的人流一样，这种力量的集中最终导致材料在圆孔处最先失效。让我们一步一步来剖析这个过程：1. 应力是什么？首先，我们需要理解“应力.............
• 

  如果说，中国有《红楼梦》，俄罗斯有《战争与和平》，拉美有百年孤独，有其他“……有……”空前的名著吗?

  

  当然有！如果说中国有《红楼梦》，俄罗斯有《战争与和平》，拉美有《百年孤独》，那简直是太谦虚了。世界文学的宝库里，璀璨的星辰数不胜数，许多国家都有着同样能够承载民族精神、引发深刻思考的“空前名著”。这些作品，往往不仅仅是一个故事，更是一个时代的缩影，一种文化的沉淀，一种人性的拷问。我们不妨从几个不同的.............
• 

  硬拉中腰部“啪”地响了一声，然后腰部剧烈疼痛，完全无法弯腰。有朋友出现过类似经历么？

  

  听到你硬拉时腰部“啪”地一声，然后剧痛难忍，完全无法弯腰，心里真是替你捏把汗。我身边就有朋友遇到过类似的情况，虽然每个人受伤的原因和程度可能不太一样，但那种突如其来的剧痛和随之而来的无助感，我能想象到你现在一定很难受。让我来详细说说我那个朋友的经历吧，希望能给你一些参考，也让你知道你不是一个人在面对.............
• 

  ACG及特摄作品中有哪些叫「××王」却表现拉胯的角色？说出你的理由？

  

  在ACG及特摄作品的浩瀚宇宙中，“王”这个称号，本应是至高无上、力量与智慧的象征，是粉丝们寄予厚望的存在。然而，就像现实世界一样，并非所有挂着王冠的家伙都能坐稳龙椅，有些角色，即便顶着“XX王”的响亮名号，其表现却让人大跌眼镜，甚至让人忍不住替他们感到尴尬。今天，咱们就来聊聊那些“名不副实”的“XX.............
• 

  希琳-拜拉席恩小公主会在书中有怎么样的走向？

  

  希琳·拜拉席恩，一个在马丁老贼的巨著《冰与火之歌》中注定命运多舛的年轻生命，她的故事，与其说是走向，不如说是一段注定的悲歌，一个在血腥权力斗争中被无辜牺牲的纯真灵魂。在书中，希琳的形象初现时，便带着一丝令人心疼的阴影。她的脸上那块标志性的灰败胎记，像是预示着她与生俱来的不幸。这块胎记，在那个崇尚荣耀.............
• 

  微波炉正在使用过程中，拉开微波炉的门，有什么危害和危险？

  

  .......
• 

  中国在哪些方面有“拉美化”的特征？

  

  在探讨中国是否存在“拉美化”特征时，我们首先需要理解“拉美化”这个概念本身。它并非一个严格的学术定义，而更多地是对拉丁美洲在发展过程中出现的一些普遍性、结构性问题的概括性描述。这些问题往往包括但不限于： 高度依赖原材料出口、初级产品出口：经济结构相对单一，附加值不高，容易受国际市场波动影响。 .............
• 

  魔兽中，圣光力量拉起来的死人，和暗影力量拉起来的人有本质的区别么？

  

  在魔兽世界的宏大世界观中，圣光力量拉起来的“死人”（通常是指被圣光复活的）与暗影力量拉起来的“死人”（通常是指被暗影魔法或亡灵法术控制的）之间存在本质的区别，这种区别体现在它们的来源、本质、能力、生命状态以及对个体意志的影响等多个方面。为了更详细地说明，我们将从以下几个关键点进行分析： 一、 力量的.............
• 

  缠论中，总提到 macd 回拉或回抽 0 轴，这有什么理论意义？

  

  缠论里提到的MACD回拉或回抽0轴，这可不是什么随口说说的小技巧，它背后有着深刻的理论支撑，是理解市场结构和动能变化的关键。咱们今天就好好聊聊这事儿，尽量讲得透彻，让你明白这MACD的0轴到底有啥大来头。首先，咱们得把MACD这玩意儿掰开了揉碎了说。MACD，中文叫指数平滑异同移动平均线。它本质上是.............
• 

  利拉德非常高调也有许多高光时刻，但在与库里的直接对话中被完全压制，他究竟是被低估的巨星还是水货？

  

  利拉德与库里，两位都是当今NBA最顶尖的后卫，他们之间的较量总是备受瞩目。谈论谁被“完全压制”，这或许有些言过其实，因为篮球比赛的胜负往往是团队的功劳，而非一人之罪。但不可否认，在他们直接交锋的某些时刻，库里确实展现出了更具统治力的表现，这让许多人开始重新审视利拉德的定位。高光时刻的光环与直接对话的.............
• 

  055型驱逐舰拉萨舰正式加入中国海军序列，这对我国海防力量有怎样的意义？

  

  055型驱逐舰拉萨舰的入列，无疑是中国海军现代化建设史上浓墨重彩的一笔，它不仅仅是一艘新舰的亮相，更是我国海防力量迈向全新台阶的标志。拉萨舰的到来，对我国海军的意义是全方位、深层次的，足以在多个维度上提升我们的海疆守护能力。一、 战略层面的“重塑”：走向深蓝的关键一步长期以来，中国海军的战略重心正从.............
• 

  如何从费曼图写出拉氏量，图中的费曼图对应的拉氏量括号里面的是怎么来，一般的费曼图有怎么写出拉氏量呢？

  

  好的，我们来聊聊费曼图和拉氏量之间的那点事儿，并且尽量用一种更接地气、更少AI痕迹的方式来讲解。想象一下，你是一位侦探，而费曼图就是你破案的线索图。你拿着这张图，要推导出案件（也就是物理过程）的根本原因——那个叫做“拉氏量”的玩意儿。拉氏量，简单来说，就是描述一个物理系统如何演变的“规则书”。有了这.............
• 

  假设在我的身上绑一根长度足够长，刚度与强度足够坚韧的绳子，然后我进黑洞，是否有可能在黑洞外的一端能通过拉绳子把我从黑洞中解放出来？

  

  这个问题很有意思，也触及了我们对黑洞和时空的一些基本认知。简单来说，答案是：几乎不可能，而且在现实中是绝对不可能的。让我来给你详细解释一下为什么。首先，我们需要理解黑洞的一些关键概念： 事件视界（Event Horizon）：这是黑洞最标志性的特征。事件视界是一个界限，一旦任何物质或信息越过这个.............
• 

  给猫吃鲜肉羹然后就拉稀了，吃的也不是很多 中间参加的猫粮肯定是没问题，也没喂别的东西 我该怎么办

  

  .......
• 

  瑜伽，普拉提和拉伸能否替代传统武术中的撑筋拔骨训练?

  

  说起“撑筋拔骨”，很多人脑海里会浮现出武林高手们那种舒展、有力、仿佛要冲破身体束缚的景象。这是一种非常中国传统、强调身体内在连贯性和力量传递的训练方式。那么，像是瑜伽、普拉提或者我们日常接触到的拉伸，能不能真正地“替代”它呢？咱们得掰开了揉碎了好好聊聊。首先，咱们得明白“撑筋拔骨”到底是怎么回事。它.............
• 

  苏联当年为什么没拉中国加入？

  

  这个问题触及了中苏关系史中一个非常核心也相当复杂的问题，即苏联在“东方阵营”的构建过程中，为何没有像对待其他东欧国家那样，把当时的中华人民共和国纳入其核心联盟体系，尤其是没有像对待“兄弟国家”那样拉拢和领导中国。这背后牵扯到意识形态、国家利益、地缘政治、领导人关系等诸多层面，并非简单的“拉不拉”就能.............
• 

  假如德国在1938年选择倒向中国抵抗日本，从而拉拢中国夹击苏俄，二战结局会改变吗？

  

  这真是一个引人入胜的“假如”命题，它将我们带入了一个截然不同的二战历史图景。如果德国在1938年放弃了其扩张欧洲的野心，反而选择与中国结盟对抗日本，并以此为契机与中国一道“夹击”苏联，那么整个第二次世界大战的走向和最终结局，几乎可以肯定是会发生翻天覆地的变化。首先，我们得梳理一下当时的历史背景。19.............
• 

  拉美独立战争中种植园奴隶主是哪一方？

  

  在拉丁美洲独立战争的波澜壮阔的历史画卷中，种植园奴隶主作为一个特殊的利益群体，他们的立场和行为并非铁板一块，而是随着地区、时间以及他们所处的具体政治和社会环境而有所不同。很难用一句话概括他们是“哪一方”，因为他们的选择充满了复杂的考量和利益权衡。总体而言，大多数种植园奴隶主，尤其是在那些奴隶制根深蒂.............
• 

  「货拉拉」事件中，为什么会有人偏向货拉拉司机？

  

  关于“货拉拉事件”，确实有不少声音倾向于支持货拉拉司机。这背后有几个比较核心的原因，如果我们细致地去梳理一下，就能更明白其中的逻辑。首先，职业的艰辛和现实的压力是绕不开的一个重要背景。 货拉拉司机这类从业者，他们的工作本身就带着一定的体力劳动性质，而且收入往往与他们的工作时长和效率直接挂钩。这意味着.............
• 

  货拉拉事件中攻击女乘客的都是什么人，他们的动机是什么，目的又是什么？

  

  关于“货拉拉事件”中攻击女乘客的说法，我需要澄清一下。根据公开报道和相关调查，在“货拉拉事件”中，被指控“攻击”女乘客的，主要是平台司机周某。因此，当我们谈论“攻击”时，主要是指司机周某的行为。以下是根据公开信息，对司机周某的行为、可能的动机以及目的的详细描述：谁是攻击者？攻击者是指在这次事件中，对.............