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殘余應(yīng)力

簡介

殘余應(yīng)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(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，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

簡介

殘余應(yīng)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(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，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，這一區(qū):域的材料就會產(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(例如工字梁上的肋板焊縫)，或經(jīng)過火焰校正，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(wěn)定性要求較高的結(jié)構(gòu)是不容忽視的。

3、對桿件穩(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，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)外在因素去除時整個構(gòu)件都要發(fā)生變形。構(gòu)件在使用過程中，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)力對構(gòu)件變形的影響包括兩個方面：一方面是構(gòu)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(fù)的能力。殘余應(yīng)力在這兩個方面對構(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(shù)倍。通過測量衍射角變化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)力測試方法

1.盲孔法殘余應(yīng)力測量

它的原理是在平衡狀態(tài)下的原始應(yīng)力場上鉆孔，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，通過高靈敏度的應(yīng)變儀，測量鉆孔后的應(yīng)變量，就可以計(jì)算原應(yīng)力場的應(yīng)力值。

殘余應(yīng)力檢測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)，采用高精度測量放大器、數(shù)據(jù)采集和處理器，測量中無需調(diào)零，可直接測出殘余應(yīng)力值的大小及方向，實(shí)現(xiàn)了殘余應(yīng)力測量的自動化。

2.磁測法殘余應(yīng)力測量

磁測法殘余應(yīng)力檢測法主要是通過磁測法來測定鐵磁材料在內(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。通過精密傳感器和高精度的測量電路，將磁導(dǎo)率變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺敵鲭娏鳎ɑ螂妷海┲祦矸从硲?yīng)力值的變化，并通過裝有特定殘余應(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。

3.X射線衍射法殘余應(yīng)力測量

在各種無損測定殘余應(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)力測定儀是一種簡化和實(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，而且能夠針對同一點(diǎn)以不同的φ角、Ψ角進(jìn)行測試,以探測織構(gòu)的影響，這項(xiàng)功能便具備了重要而獨(dú)特的用途。