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殘余應力

簡介

殘余應力簡介工件在制造過程中，將受到來自各種工藝等因素的作用與影響；當這些因素消失之后，若構件所受到的上述作用與影響不能隨之而完全消失，仍有部分作用與影響殘留在構件內，則這種殘留的作用與影響。也稱殘余應力。殘余應力是當物體沒有外部因素作用時，在物體內部保持平衡而存在的應力。凡是沒有外部作用，物體內部保持自相平衡的應力，...查看詳情>>

殘余應力

簡介

殘余應力簡介

工件在制造過程中，將受到來自各種工藝等因素的作用與影響；當這些因素消失之后，若構件所受到的上述作用與影響不能隨之而完全消失，仍有部分作用與影響殘留在構件內，則這種殘留的作用與影響。也稱殘余應力。

殘余應力是當物體沒有外部因素作用時，在物體內部保持平衡而存在的應力。

凡是沒有外部作用，物體內部保持自相平衡的應力，稱為物體的固有應力，或稱為初應力，亦稱為內應力。

殘余應力的影響

1、對結構或構件的影響
殘余應力是構件還未承受荷載而早已存在構件截面上的初應力，在構件服役過程中，和其他所受荷載引起的工作應力相互疊加，使其產生二次變形和殘余應力的重新分布，不但會降低結構的剛度和穩定性而且在溫度和介質的共同作用下，還會嚴重影響結構的疲勞強度、抗脆斷能力、抵抗應力腐蝕開裂和高溫蠕變開裂的能力。

2、對結構剛度的影響

當外載產生的應力δ與結構中某區域的殘余應力疊加之和達到屈服點fy時，這一區:域的材料就會產生局部塑性變形，喪失了進一步承受外載的能力，造成結構的有效截面積減小，結構的剛度也隨之降低。結構上有縱向和橫向焊縫時(例如工字梁上的肋板焊縫)，或經過火焰校正，都可能在較大的截面上產生殘余拉伸應力，雖然在構件長度上的分布范圍并不太大，但是它們對剛度仍然能有較大的影響。特別是采用大量火焰校正后的焊接梁，在加載時剛度和卸載時的回彈量可能有較明顯的下降，對于尺寸精確度和穩定性要求較高的結構是不容忽視的。

3、對桿件穩定性的影響

當外載引起的壓應力與殘余應力中的壓應力疊加之和達到fy這部分截面就喪失進一步承受外載的能力，繼續承載的桿件的有效截面積減少，桿件剛度降低，穩定承載力降低。殘余應力對受壓桿件穩定承載力的影響大小，與殘余應力的分布位置有關。

殘余應力是一個不穩定的應力狀態，當構件受到外力、溫度等其它因素作用時，由于這些作用應力與殘余應力的相互作用，使構件某些局部呈現塑性變形，截面內殘余應力重新分布，當外在因素去除時整個構件都要發生變形。構件在使用過程中，殘余應力將發生松弛，所以殘余應力影響著構件穩定性。這也是工程部門最關心的問題之一。

殘余應力對構件變形的影響包括兩個方面：一方面是構件抗靜、動載荷的變形能力；另一方面是載荷卸載后變形恢復的能力。殘余應力在這兩個方面對構件的影響是很大的，因此人們一直在研究消除此影響的有效方法。

但是最新的研究表明殘余應力還將對試樣的斷裂韌性造成影響。比如試樣拉伸中，拉伸應力的作用將會在試樣內產生殘余應力，這可能增加材料的斷裂韌性（見盧柯的應變率文章）

殘余應力測試儀器

殘余應力分析儀

其原理是基于著名的布拉格方程2dsinθ=nλ ：即一定波長的X射線照射到晶體材料上，相鄰兩個原子面衍射時的X射線光程差正好是波長的整數倍。通過測量衍射角變化Δθ從而得到晶格間距變化Δd，根據胡克定律和彈性力學原理，計算出材料的殘余應力。

殘余應力測試方法

1.盲孔法殘余應力測量

它的原理是在平衡狀態下的原始應力場上鉆孔，以去除一部分具有應力的金屬，而使圓孔附近部分金屬內的應力得到松弛，鉆孔破壞了原來的應力平衡狀態而使應力重新分布，并呈現新的應力平衡，從而使圓孔附近的金屬發生位移或應變，通過高靈敏度的應變儀，測量鉆孔后的應變量，就可以計算原應力場的應力值。

殘余應力檢測儀主要采用盲孔法進行各種材料和結構的殘余應力分析和研究，還可作為在靜力強度研究中測量結構及材料任意點變形的應力分析儀器。如果配用相應的傳感器，也可以測量力、壓力、扭矩、位移和溫度等物理量。它以計算機為中央微處理機，采用高精度測量放大器、數據采集和處理器，測量中無需調零，可直接測出殘余應力值的大小及方向，實現了殘余應力測量的自動化。

2.磁測法殘余應力測量

磁測法殘余應力檢測法主要是通過磁測法來測定鐵磁材料在內應力的作用下磁導率發生的變化確定殘余應力的大小和方向。眾所周知，鐵磁材料具有磁疇結構，其磁化方向為易磁化軸向方向，同時具有磁致伸縮性效應，且磁致伸縮系數是各向異性的，在磁場作用下，應力產生磁各向異性。磁導率作為張量與應力張量相似。通過精密傳感器和高精度的測量電路，將磁導率變化轉變為電信號，輸出電流（或電壓）值來反映應力值的變化，并通過裝有特定殘余應力計算機軟件的計算機計算，得出殘余應力的大小、方向和應力的變化趨勢。

3.X射線衍射法殘余應力測量

在各種無損測定殘余應力的方法之中，X射線衍射法被公認為最可靠和最實用的。它原理成熟，方法完善，經歷了七十余年的進程，在國內外廣泛應用于機械工程和材料科學，取得了卓著成果。
X-射線應力測定儀是一種簡化和實用化的X射線衍射裝置，因而它還有一項附加的功能──測定鋼中殘余奧氏體含量。由于它適用于各種實體工件，而且能夠針對同一點以不同的φ角、Ψ角進行測試,以探測織構的影響，這項功能便具備了重要而獨特的用途。