Stress concentration and relative stress gradient analysis for the V-notch with measured morphology and dimensions

XU Guangtao; HUAN Pei; LIU Tianyi; LI Songru; LIU Lanrong

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.005

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Stress concentration and relative stress gradient analysis for the V-notch with measured morphology and dimensions

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2025-12-22

- Stress concentration and relative stress gradient analysis for the V-notch with measured morphology and dimensions
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 12, Pages: 58-67(2025)
- 作者机构：
  
  1.郑州大学机械与动力工程学院，郑州 450001
  2.抗疲劳制造产业技术研究院，郑州 450016
  3.河南省抗疲劳制造技术工程研究中心，郑州 450001
- 作者简介：
  
  LIU Lanrong, E-mail: llrong@zzu.edu.cn
- 基金信息：
  
  Major Science and Technology Project of Henan Province(201400211200)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.005
  CLC： TB33;O342
- Received：15 November 2024，
  
  Published：15 December 2025
- 稿件说明：
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徐广涛，郇培，刘天一，等. 实测形貌和尺寸的V型缺口应力集中与相对应力梯度分析［J］. 机械强度，2025，47（12）：58-67.

XU Guangtao，HUAN Pei，LIU Tianyi，et al. Stress concentration and relative stress gradient analysis for the V-notch with measured morphology and dimensions［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（12）：58-67.
徐广涛，郇培，刘天一，等. 实测形貌和尺寸的V型缺口应力集中与相对应力梯度分析［J］. 机械强度，2025，47（12）：58-67. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.005.

XU Guangtao，HUAN Pei，LIU Tianyi，et al. Stress concentration and relative stress gradient analysis for the V-notch with measured morphology and dimensions［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（12）：58-67. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.005.

摘要

针对V型缺口应力集中问题，考虑实测表面形貌和几何轮廓，基于有限元方法研究其对应力集中的影响。应用缺口叠加效应将实测表面形貌和几何轮廓引入到缺口中，对比光滑理论轮廓的V型缺口，修正应力集中系数和相对应力梯度表达式，并通过多组实测形貌和轮廓尺寸数据仿真验证其准确性。采用方差分析探究表面形貌和几何轮廓对应力集中系数和相对应力梯度的影响程度。结果表明，引入实测几何轮廓更能准确评估应力集中系数，而引入实测表面形貌更能准确评估相对应力梯度，同时缺口实测尺寸越小，表面形貌越粗糙，应力集中越明显。

Abstract

Focusing on the stress concentration problem of V-notches

considering the actual measured surface morphology and geometric profile

the impact on stress concentration was studied based on finite element methods. By applying the notch superposition effect

the measured surface morphology and geometric profile were incorporated into notch. Relative to smooth theoretical V-notch dimensions

the formulas of stress concentration factor (SCF) and relative stress gradient(RGS) were modified. which were validated through simulation using multiple sets of measured morphology and dimension data. Analysis of variance was employed to investigate the influence of surface morphology and geometric profiles on the stress concentration factor and relative stress gradient. The results show incorporating measured geometric profiles more accurately assesses stress concentration factors and measured surface topographies more accurately assesses relative stress gradients. Additionally

smaller notch dimension and rougher surface morphology increase stress concentration.

关键词

Keywords

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