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残余应力的概念
构件在制造过程中,将受到来自各种工艺等因素的作用与影响;当这些因素消失之后,若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失,仍有部分作用与影响残留在构件内,则这种残留的作用与影响称为残余应力。
残余应力是当物体没有外部因素作用时,在物体内部保持平衡而存在的应力。

残余应力的作用
机械零部件和大型机械构件中的残余应力对其疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命有着十分重要的影响。
在制造过程中,对于一个成品零件或大型构件,适当的、分布合理的残余压应力可能成为提高疲劳强度、提高抗应力腐蚀能力,从而延长零件和构件使用寿命的因素;而不适当的残余应力则会降低疲劳强度,产生应力腐蚀,失却尺寸精度,甚至导致变形、开裂等早期失效事故。所以,一个构件残余应力状态如何,是设计者、制造者和使用者共同关心的问题。
  

残余应力的测量
欲了解构件残余应力的分布,特别是一些比较复杂构件的残余应力分布,采用计算方法有时会遇到种种困难,譬如有时因缺乏材料的一些机械性质与物理性质的有关信息而导致计算工作无法进行。因此,采集实验测试方法是有实用意义的。
残余应力的测试方法很多,这里着重介绍最常用的通孔法。它在具有残余应力的构件上钻一个小孔,使孔的邻域内由于部分应力释放而产生相应的位移与应变,用残余应变片进行测量这些应变值,经换算得钻孔处原有的应力。

残余应力的调整
针对工件的具体服役条件,采取一定的工艺措施,消除或降低对其使用性能不利的残余拉应力,有时还可以引入有益的残余压应力分布,这就是残余应力的调整问题。
通常调整残余应力的方法有:
1.加热,即回火处理,利用残余应力的热松弛效应消除或降低残余应力。
2.施加静载,使工件产生整体或局部、甚至微区的塑性变形,也可以调整工件的残余应力。例如大型压力容器,在焊接之后,在其内部加压,即所谓的“胀形”,使焊接接头发生微量塑性变形,以减小焊接残余应力。
3.振动时效,英文叫做Vibration Stress Relief,简称VSR 。在国际上,工业发达国家起始于上世纪50年代,我国从70年代研究和推广。振动消除应力主要特点:
(1)、处理时间短;
(2)、适用范围广;
(3)、能源消耗少;
(4)、设备投资小,操作简便。
4.锤击、喷丸、滚压等。喷丸强化是行之有效、应用广泛的强化零件的手段,喷丸的同时也改变了表面残余应力状态和分布,而喷丸产生的残余压应力又是强化机理中的重要因素。




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