Максимального снижения массы можно добиться приданием деталям равно прочности. Идеальный случай, когда напряжения в каждом сечении детали по ее продольной оси и в каждой точке этого сечения одинаковые, возможен только при некоторых видах нагружения, когда нагрузку воспринимает все сечение детали (растяжение-сжатие, отчасти сдвиг) и когда отсутствуют значимые концентраторы напряжений.
При изгибе, кручении и сложных напряженных состояниях напряжения ио сечению распределяются неравномерно. Они максимальны в крайних точках сечения, а в других могут снижаться до нуля, например, на нейтральной оси сечения, подвергаемого изгибу. В этих случаях можно только приблизиться к условию полной равнопрочности выравниванием напряжений по сечению, удалением металла из наименее напряженных участков сечения и сосредоточением его в наиболее напряженных местах — на периферии сечения. В качестве примера рассмотрим цилиндрическую деталь, подвергаемую изгибу или кручению.
Напряжения в массивной детали круглого сечения (нормальные напряжения при изгибе и напряжения сдвига при кручении) распределяются по закону прямой линии, проходящей через центр сечения (на рис. 29, а эпюр напряжений для случая изгиба условно совмещен с плоскостью чертежа).
Удаление слабонагруженного металла из центра сечения, г. е. придание сечению кольцевой формы, обеспечивает более равномерное распределение напряжений в остающихся участках (рис. 29,6). Чем тоньше стенки кольца. т. е. чем больше отношение d/D, тем равномернее распределение напряжений. При сохранении постоянного наружного диаметра уровень напряжений в стенках, естественно, повышается. Однако небольшим увеличением наружного диаметра легко привести напряжения к прежнему уровню и даже значительно их снизить (рис. 29,в и г).
Этот принцип, который можно назвать принципом равного напряжения по сечению, применим к сечениям любой формы.