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殘余應(yīng)力

簡(jiǎn)介

殘余應(yīng)力簡(jiǎn)介工件在制造過(guò)程中，將受到來(lái)自各種工藝等因素的作用與影響；當(dāng)這些因素消失之后，若構(gòu)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(gòu)件內(nèi)，則這種殘留的作用與影響。也稱殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力是當(dāng)物體沒有外部因素作用時(shí)，在物體內(nèi)部保持平衡而存在的應(yīng)力。凡是沒有外部作用，物體內(nèi)部保持自相平衡的應(yīng)力，...查看詳情>>

殘余應(yīng)力

簡(jiǎn)介

殘余應(yīng)力簡(jiǎn)介

工件在制造過(guò)程中，將受到來(lái)自各種工藝等因素的作用與影響；當(dāng)這些因素消失之后，若構(gòu)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(gòu)件內(nèi)，則這種殘留的作用與影響。也稱殘余應(yīng)力。

殘余應(yīng)力是當(dāng)物體沒有外部因素作用時(shí)，在物體內(nèi)部保持平衡而存在的應(yīng)力。

凡是沒有外部作用，物體內(nèi)部保持自相平衡的應(yīng)力，稱為物體的固有應(yīng)力，或稱為初應(yīng)力，亦稱為內(nèi)應(yīng)力。

殘余應(yīng)力的影響

1、對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的影響
殘余應(yīng)力是構(gòu)件還未承受荷載而早已存在構(gòu)件截面上的初應(yīng)力，在構(gòu)件服役過(guò)程中，和其他所受荷載引起的工作應(yīng)力相互疊加，使其產(chǎn)生二次變形和殘余應(yīng)力的重新分布，不但會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性而且在溫度和介質(zhì)的共同作用下，還會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度、抗脆斷能力、抵抗應(yīng)力腐蝕開裂和高溫蠕變開裂的能力。

2、對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響

當(dāng)外載產(chǎn)生的應(yīng)力δ與結(jié)構(gòu)中某區(qū)域的殘余應(yīng)力疊加之和達(dá)到屈服點(diǎn)fy時(shí)，這一區(qū):域的材料就會(huì)產(chǎn)生局部塑性變形，喪失了進(jìn)一步承受外載的能力，造成結(jié)構(gòu)的有效截面積減小，結(jié)構(gòu)的剛度也隨之降低。結(jié)構(gòu)上有縱向和橫向焊縫時(shí)(例如工字梁上的肋板焊縫)，或經(jīng)過(guò)火焰校正，都可能在較大的截面上產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力，雖然在構(gòu)件長(zhǎng)度上的分布范圍并不太大，但是它們對(duì)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(shí)剛度和卸載時(shí)的回彈量可能有較明顯的下降，對(duì)于尺寸精確度和穩(wěn)定性要求較高的結(jié)構(gòu)是不容忽視的。

3、對(duì)桿件穩(wěn)定性的影響

當(dāng)外載引起的壓應(yīng)力與殘余應(yīng)力中的壓應(yīng)力疊加之和達(dá)到fy這部分截面就喪失進(jìn)一步承受外載的能力，繼續(xù)承載的桿件的有效截面積減少，桿件剛度降低，穩(wěn)定承載力降低。殘余應(yīng)力對(duì)受壓桿件穩(wěn)定承載力的影響大小，與殘余應(yīng)力的分布位置有關(guān)。

殘余應(yīng)力是一個(gè)不穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)構(gòu)件受到外力、溫度等其它因素作用時(shí)，由于這些作用應(yīng)力與殘余應(yīng)力的相互作用，使構(gòu)件某些局部呈現(xiàn)塑性變形，截面內(nèi)殘余應(yīng)力重新分布，當(dāng)外在因素去除時(shí)整個(gè)構(gòu)件都要發(fā)生變形。構(gòu)件在使用過(guò)程中，殘余應(yīng)力將發(fā)生松弛，所以殘余應(yīng)力影響著構(gòu)件穩(wěn)定性。這也是工程部門最關(guān)心的問題之一。

殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件變形的影響包括兩個(gè)方面：一方面是構(gòu)件抗靜、動(dòng)載荷的變形能力；另一方面是載荷卸載后變形恢復(fù)的能力。殘余應(yīng)力在這兩個(gè)方面對(duì)構(gòu)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(yīng)力還將對(duì)試樣的斷裂韌性造成影響。比如試樣拉伸中，拉伸應(yīng)力的作用將會(huì)在試樣內(nèi)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這可能增加材料的斷裂韌性（見盧柯的應(yīng)變率文章）

殘余應(yīng)力測(cè)試儀器

殘余應(yīng)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(zhǎng)的X射線照射到晶體材料上，相鄰兩個(gè)原子面衍射時(shí)的X射線光程差正好是波長(zhǎng)的整數(shù)倍。通過(guò)測(cè)量衍射角變化Δθ從而得到晶格間距變化Δd，根據(jù)胡克定律和彈性力學(xué)原理，計(jì)算出材料的殘余應(yīng)力。

殘余應(yīng)力測(cè)試方法

1.盲孔法殘余應(yīng)力測(cè)量

它的原理是在平衡狀態(tài)下的原始應(yīng)力場(chǎng)上鉆孔，以去除一部分具有應(yīng)力的金屬，而使圓孔附近部分金屬內(nèi)的應(yīng)力得到松弛，鉆孔破壞了原來(lái)的應(yīng)力平衡狀態(tài)而使應(yīng)力重新分布，并呈現(xiàn)新的應(yīng)力平衡，從而使圓孔附近的金屬發(fā)生位移或應(yīng)變，通過(guò)高靈敏度的應(yīng)變儀，測(cè)量鉆孔后的應(yīng)變量，就可以計(jì)算原應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力值。

殘余應(yīng)力檢測(cè)儀主要采用盲孔法進(jìn)行各種材料和結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力分析和研究，還可作為在靜力強(qiáng)度研究中測(cè)量結(jié)構(gòu)及材料任意點(diǎn)變形的應(yīng)力分析儀器。如果配用相應(yīng)的傳感器，也可以測(cè)量力、壓力、扭矩、位移和溫度等物理量。它以計(jì)算機(jī)為中央微處理機(jī)，采用高精度測(cè)量放大器、數(shù)據(jù)采集和處理器，測(cè)量中無(wú)需調(diào)零，可直接測(cè)出殘余應(yīng)力值的大小及方向，實(shí)現(xiàn)了殘余應(yīng)力測(cè)量的自動(dòng)化。

2.磁測(cè)法殘余應(yīng)力測(cè)量

磁測(cè)法殘余應(yīng)力檢測(cè)法主要是通過(guò)磁測(cè)法來(lái)測(cè)定鐵磁材料在內(nèi)應(yīng)力的作用下磁導(dǎo)率發(fā)生的變化確定殘余應(yīng)力的大小和方向。眾所周知，鐵磁材料具有磁疇結(jié)構(gòu)，其磁化方向?yàn)橐状呕S向方向，同時(shí)具有磁致伸縮性效應(yīng)，且磁致伸縮系數(shù)是各向異性的，在磁場(chǎng)作用下，應(yīng)力產(chǎn)生磁各向異性。磁導(dǎo)率作為張量與應(yīng)力張量相似。通過(guò)精密傳感器和高精度的測(cè)量電路，將磁導(dǎo)率變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸出電流（或電壓）值來(lái)反映應(yīng)力值的變化，并通過(guò)裝有特定殘余應(yīng)力計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算機(jī)計(jì)算，得出殘余應(yīng)力的大小、方向和應(yīng)力的變化趨勢(shì)。

3.X射線衍射法殘余應(yīng)力測(cè)量

在各種無(wú)損測(cè)定殘余應(yīng)力的方法之中，X射線衍射法被公認(rèn)為最可靠和最實(shí)用的。它原理成熟，方法完善，經(jīng)歷了七十余年的進(jìn)程，在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程和材料科學(xué)，取得了卓著成果。
X-射線應(yīng)力測(cè)定儀是一種簡(jiǎn)化和實(shí)用化的X射線衍射裝置，因而它還有一項(xiàng)附加的功能──測(cè)定鋼中殘余奧氏體含量。由于它適用于各種實(shí)體工件，而且能夠針對(duì)同一點(diǎn)以不同的φ角、Ψ角進(jìn)行測(cè)試,以探測(cè)織構(gòu)的影響，這項(xiàng)功能便具備了重要而獨(dú)特的用途。