殘余應(yīng)力的產(chǎn)生及其性質(zhì)

殘余應(yīng)力的定義

殘余應(yīng)力是指在物體內(nèi)部，即使在外力去除后，仍然存在的一種自相平衡的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)。這種應(yīng)力是由材料內(nèi)部在加工或變形過程中產(chǎn)生的不均勻應(yīng)力分布所致。

殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因

• 機(jī)械加工：鑄造、切削、焊接、熱處理和裝配等工藝過程中，由于材料的局部塑性變形，導(dǎo)致構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，從而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。
• 溫度變化：溫度不均勻?qū)е碌木植繜崴苄宰冃位蛳嘧円鸬捏w積膨脹不均勻，也會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。
• 尺寸公差：在焊接、鉚接等連接工藝中，由于外力作用下各部分尺寸的微小差異，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻。

殘余應(yīng)力的性質(zhì)

殘余應(yīng)力主要表現(xiàn)為彈性應(yīng)力，這意味著在去除初始的外力后，構(gòu)件內(nèi)部仍然保持一定的應(yīng)力狀態(tài)，但不會繼續(xù)發(fā)生塑性變形。然而，在某些情況下，殘余應(yīng)力也可能導(dǎo)致材料的進(jìn)一步塑性變形，尤其是在應(yīng)力集中區(qū)域。

殘余應(yīng)力的影響

殘余應(yīng)力對材料的影響是多方面的，既有可能帶來不利影響，也有可能帶來有益的效果。

不利影響

• 降低強(qiáng)度：殘余應(yīng)力會降低材料的拉伸屈服極限，從而影響構(gòu)件的整體強(qiáng)度。
• 疲勞壽命縮短：殘余應(yīng)力會增加構(gòu)件的疲勞壽命，尤其是在交變載荷作用下。
• 應(yīng)力腐蝕：殘余應(yīng)力可能導(dǎo)致材料在特定環(huán)境下發(fā)生應(yīng)力腐蝕，進(jìn)一步降低構(gòu)件的耐久性。

有益影響

• 提高疲勞強(qiáng)度：在某些情況下，通過合理控制殘余應(yīng)力，可以提高材料的疲勞強(qiáng)度。
• 改善耐磨性能：適當(dāng)?shù)臍堄鄳?yīng)力分布可以改善材料的耐磨性能，延長其使用壽命。

殘余應(yīng)力的測量方法

殘余應(yīng)力的測量是評估材料性能和確保加工質(zhì)量的重要手段。常用的測量方法包括破壞性、半破壞性和非破壞性技術(shù)。

非破壞性技術(shù)

• 電磁檢測：利用電磁波的特性來檢測材料內(nèi)部的應(yīng)力分布。
• 超聲波檢測：通過超聲波在材料中的傳播特性來測量應(yīng)力。

破壞性技術(shù)

• 深孔鉆孔法：通過在材料中鉆孔并測量鉆孔后的應(yīng)力釋放情況來測量殘余應(yīng)力。
• 中心孔鉆孔法：適用于測量近表層的殘余應(yīng)力。

總之，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生主要與材料的塑性變形有關(guān)，而其對材料性能的影響既有不利的一面，也有可能帶來有益的效果。通過合理的工藝設(shè)計和精確的材料測試，可以有效控制和管理殘余應(yīng)力，從而提高構(gòu)件的性能和可靠性。