6.残余应力
钢结构模拟试卷六参考答案
一、填空题 (10×1=10分)1、承受动力荷载作用的钢结构，应选用 韧性好 特点的钢材。
2.、冷作硬化会改变钢材的性能，将使钢材的 强度 提高， 塑性、韧性 降低。
3、单个普通螺栓承压承载力设计值b c b c f t d N ⨯⨯=∑，式中∑t 表示 同一受力方向的承压构件的较小总厚度 。
4、轴心受压构件的承载能力极限状态有 强度 ， 稳定 。
5、焊接工字形梁的腹板高厚比y wf t h 2351700>时，为保证腹板不发生局部失稳，应设置 横向加劲肋 和 纵向加劲肋 。
6、格构式轴心受压构件的等稳定性的条件是 Y OX λλ=。
7、梁的最小高度是由 刚度条件 控制的。
二、选择题 (10×1=10分)1、构件发生脆性破坏时，其特点是（ D ）。
A 变形大B 破坏持续时间长C 有裂缝出现D 变形小或无变形2、在钢结构连接中，常取焊条型号与焊件强度相适应，对Q345钢构件，焊条宜采用（ B ）。
A E43型B E50型C E55型D 前三种均可3、承压型螺栓连接比摩擦型螺栓连接（ B ）。
A 承载力低，变形大B 承载力高，变形大C 承载力低，变形小D 承载力高，变形小4、压弯构件在弯矩作用平面外，发生屈曲的形式是（ C ）。
A 弯曲屈曲B 扭转屈曲C 弯扭屈曲D 三种屈曲均可能5、格构式轴压构件绕虚轴的稳定计算采用了大于x λ的换算长细比ox λ是考虑（D ）。
A 格构构件的整体稳定承载力高于同截面的实腹构件B 考虑强度降低的影响C 考虑单支失稳对构件承载力的影响D 考虑剪切变形的影响6、残余应力对结构的影响是（ B ）。
A 降低构件静力强度B 降低构件稳定承载力C 增加构件刚度D 减轻结构低温冷脆倾向7、钢材中磷含量超过限制时，钢材可能会出现（ A ）。
A 冷脆B 热脆C 蓝脆D 徐变8、下列哪项措施对提高梁的稳定承载力有效（ D ）。
A 加大梁侧向支撑点间距B 减小梁翼缘板的宽度C 提高钢材的强度D 提高梁截面的抗扭刚度9、在钢结构设计中，认为钢材屈服点是构件可以达到的（ A ）。
残余应力分析报告
残余应力分析报告1. 引言残余应力是指在无外力作用下，物体内部存在的剩余应力。
它是由于材料的加工或热处理等过程中引起的内部应力未完全释放所造成的。
残余应力的存在对材料的性能和稳定性具有重要影响。
因此，对残余应力进行分析和评估非常重要。
本文将介绍残余应力的概念、产生原因，以及常用的分析方法。
2. 残余应力的概念和产生原因2.1 残余应力的概念残余应力是指在材料内部存在的无外力作用下的剩余应力。
它是在物体加工、焊接、热处理等过程中产生的。
残余应力的存在可能会导致材料的变形、裂纹扩展和失效等问题，因此对残余应力的分析和控制十分重要。
2.2 残余应力的产生原因残余应力的产生原因包括以下几个方面：•加工过程中的机械变形：材料在加工过程中受到了挤压、拉伸、剪切等机械作用，使得材料内部产生了残余应力；•焊接过程中的热变形：焊接过程中产生的高温会使材料发生热膨胀和收缩，从而产生残余应力；•热处理过程中的相变：热处理过程中材料的相变会引起材料的体积变化，产生残余应力。
3. 残余应力的分析方法3.1 X射线衍射法X射线衍射法是一种常用的测量残余应力的方法。
它利用X射线通过晶体产生的衍射现象来测量晶体的晶格参数变化，进而推导出晶体内部的残余应力。
该方法具有非破坏性、高精度和广泛适用性的优点，因此被广泛应用于残余应力的分析领域。
3.2 光栅方法光栅方法是一种利用光栅片的光学衍射效应来测量残余应力的方法。
它通过光栅片在外力作用下产生的应变来间接测量材料内部的应力。
该方法具有简单、直观的特点，适用于一些大尺寸材料的残余应力分析。
3.3 数值模拟方法数值模拟方法是一种借助计算机模拟的方法来分析材料的残余应力。
它通过建立材料的有限元模型，运用力学理论和数值方法进行求解，得到材料内部的应力分布和残余应力。
该方法具有高效、灵活的特点，适合对复杂材料和结构的残余应力分析。
4. 结论残余应力的分析对于材料的性能和稳定性有着重要的影响。
工程材料与机械制造基础习题-制造基础部分(学生版)
第七章铸造一、概念1、铸造2、合金的流动性3、比热容4、液体收缩5、凝固收缩6、固态收缩7、缩孔8、缩松9、顺序凝固原则10、热应力11、机械应力12、热裂13、冷裂二、填空题。
1、在液态金属成形的过程中，液态金属的及是影响成形工艺及铸件质量的两个最基本的因素。
2、铸造组织的晶粒比较，内部常有、缩松、、等组织缺陷。
3、液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却到室温要经历、和固态收缩三个互相联系的收缩阶段。
4、热裂是在凝固后期下形成的，主要是由于收缩收到阻碍作用而产生的。
5、冷裂是在较度下形成的，常出现在铸件部位，特别是有应力集中的地方。
三、判断题。
1、合金的凝固温度范围越宽，其流动性也越差。
2、合金的凝固温度范围越宽，其流动性也越好。
3、合金的凝固温度范围越小，其流动性越好。
4、合金的凝固温度范围越小，其流动性越差。
5、凝固时合金的结晶潜热释放得越多，流动性越好。
6、凝固时合金的结晶潜热释放得越多，流动性越差。
7、铸型的畜热能力越大，铸型对液态合金的冷却能力越强，其充型能力越差。
8、铸型的畜热能力越大，铸型对液态合金的冷却能力越强，其充型能力越好。
9、液态合金所受的静压力越大，其充型能力就越好。
10、液态合金所受的静压力越大，其充型能力就越差。
11、对于给定成分的铸件，在一定的浇注条件下，缩孔和缩松的总容积是一定值。
12、对于给定成分的铸件，在一定的浇注条件下，缩孔和缩松的总容积是一不定值。
13、在金属型铸造中，铸型的激冷能力更大，缩松的量显著减小。
14、在金属型铸造中，铸型的激冷能力更大，缩松的量显著增多。
15、铸件厚的部分受拉应力，薄的部分受压应力。
16、铸件厚的部分受压应力，薄的部分受拉应力。
17. 分模造型是应用最广泛的造型方法。
18. 机器造型适于中小铸件的成批或大量生产。
19. 机器造型适于大型铸件的成批或大量生产。
四、选择1、缩孔的外形特征是近似于形，内表面不光滑。
A 倒锥B 球C 六面体D 正锥形2、在实际生产中，通常采用顺序凝固原则，并设法使分散的缩松转化为集中的缩孔，载使集中的缩孔转移到中。
残余应力
残余应力测量方法与 消除技术
汇报人： 学 号：
• 残余应力的危害
主要内容
• 残余应力测量方法 • 残余应力消除技术
残余应力的产生及原因
残余应力是如何产生的呢？ 机械零部件在铸造、热处理、焊接、 压力加工、切削加工等制造过程中， 由于受热不均、机械载荷等因素产 生内部应力，而当这些因素消失后 仍然有部分应力残留，就成为残余 应力。 残余应力产生的原因:
钻孔法示意图
典型的钻孔云纹图 条纹分布
环芯法与深孔法
环芯法：其原理与钻 孔法相似。 深孔法：原理是首先在 零件上钻一个小孔，精 确测量出小孔的直径， 然后在零件上钻一个与 小孔同心的环，其周围 因为应力释放而使小孔 的直径发生变化，经计 算得到钻孔处原有的应 力。
环芯法示意图
深孔法示意图
剥层法
剥层法常用于测定几何形状简 单（平板、圆柱）的试件。 原理：当通过电化学方法从含 有残余应力的平板或圆柱上去 除一层材料时，其内部残余应 力将不再平衡，当它重新平衡 时将导致平板变形，平板弯曲 的曲率取决于被去除掉的那层 材料原来的残余应力分布和遗 留部分材料的弹性性能。
成分差异 不同材料成分 的比容不同 渗碳、氮 化、电镀、 材料制备等
产生的工 艺过程
切削、喷 丸、冲压、 锻造等
热处理、焊接、 热处理、焊接、 材料制备等 材料制备等
残余应力的危害
1）残余应力能影响零件的加工精度。一方面，后续工 序将引起前道工序的残余应力重新分布；另一方面，残 余应力随时间的推移缓慢松弛，均能导致零件变形和尺 寸不稳定。 2）残余应力能够影响零件的疲劳强度。表面压应力增 大疲劳强度；表面拉应力减小疲劳强度。 3）表面残余拉应力能加速应力腐蚀。
钻孔法
残余应力对材料性能影响研究
残余应力对材料性能影响研究残余应力是指材料在加工或热处理过程中产生的内部应力，在材料表面或体内存在的应力状态。
这些应力可能是由于非均匀塑性变形引起的，也可能是由于热膨胀不匹配引起的。
残余应力对材料的性能具有重要影响，本文将就残余应力对材料性能的影响进行研究。
首先，残余应力会影响材料的力学性能。
应力会影响材料的硬度、强度和塑性等力学性能。
过高的残余应力会导致材料的脆性增加，从而降低材料的韧性和延展性。
另外，在材料受到外部载荷时，残余应力会与外部应力叠加，可能导致材料的疲劳寿命降低或产生裂纹扩展的敏感性增加。
其次，残余应力对材料的腐蚀性能也有重要影响。
应力状态会影响材料表面的氧化和电化学反应过程，从而改变材料的耐蚀性能。
过高的残余应力会导致材料表面的缺陷或裂纹，从而加速腐蚀的发生。
此外，残余应力还会影响腐蚀介质在材料表面的扩散速率，从而改变腐蚀的发展速度。
此外，残余应力还会对材料的热性能产生影响。
由于应力的存在，材料在加热或冷却过程中的热膨胀系数可能会发生变化，导致热膨胀不匹配引起的应力累积。
这可能导致材料的热膨胀不均匀，从而引起热裂缝或变形。
因此，在设计高温材料时，需要考虑残余应力对材料的热膨胀性能的影响。
最后，残余应力还会对材料的电子性能产生影响。
应力状态可能改变材料的电子结构和载流子传输性质，从而影响电学性能。
例如，残余应力可能导致材料的载流子浓度发生变化，从而改变其导电性能。
此外，应力还可能引起结晶格的畸变，进而改变材料的能带结构和禁带宽度，影响光电性能。
总的来说，残余应力对材料性能的影响是多方面的。
它可以影响材料的力学性能、腐蚀性能、热性能和电子性能等。
因此，在材料设计和工程应用中，需要考虑残余应力对材料性能的影响，并采取相应的措施进行处理，以提高材料的性能和寿命。
同时，残余应力的测量和分析也是重要的研究方向，可以帮助了解材料加工和热处理过程中应力的分布和演化规律，为材料性能的优化提供指导。
土的残余应力
土的残余应力土的残余应力是指土体在某一部分或整体受到外部作用力的影响，在土体内部产生并残留的应力。
它是由土体内部各部分之间相互约束和平衡而产生的。
在基坑开挖、基础施工、地基处理等工程中，残余应力的存在可能会影响工程的稳定性和安全性。
土的残余应力主要有以下几种表现形式：1.初始应力：土体在自然状态下所承受的应力，也称为自重应力。
它是由土体的重量和土体内部各部分之间的相互约束产生的。
2.构造应力：由于地壳运动和地质构造变化等原因，在土体内部产生的残留应力。
这种应力有时很大，可能会影响工程的稳定性。
3.侧压力：由于基坑侧壁的限制和土体的侧向变形，在基坑内部产生的残留应力。
在深基坑工程中，侧压力的作用可能会很大，需要采取措施进行控制。
4.卸荷应力：由于土体的卸载作用产生的残留应力。
例如在基坑开挖过程中，开挖区的土体从原本的受压状态变为卸载状态，产生卸荷应力。
土的残余应力的测量方法主要有以下几种：1.应力解除法：通过在土体中钻孔并插入应力解除器，将土体的一部分解除应力，然后测量解除前后土体的变形量，从而计算出残余应力的大小和方向。
2.应力恢复法：通过在土体中钻孔并插入应力恢复器，将土体的一部分施加反方向的应力，使得土体的应力状态恢复到原始状态，然后测量恢复前后的土体变形量，从而计算出残余应力的大小和方向。
3.孔隙水压力法：通过测量土体中的孔隙水压力，推算出土体中的残余应力。
这种方法需要在土体中设置水位观测孔和压力传感器，通过观测孔中水位的变化和压力传感器的数据，计算出土体中的残余应力。
4.经验公式法：根据大量的实测数据和经验，建立土体的残余应力与土体的物理性质、地层结构等因素之间的关系，通过已知的土体参数计算出土体的残余应力。
这种方法需要大量的数据支持和经验积累，不适用于所有情况。
总之，土的残余应力是一个复杂的问题，需要综合考虑多种因素进行研究和处理。
在实际工程中，应该根据具体情况采取相应的措施，控制和利用残余应力，保证工程的安全稳定和顺利进行。
chapter6-残余应力
d d0 d0
d d0
• 因间此的，关建系立式待是测解残决余应应力力测量σφ问与题空的间关某键方。位上的应变εφψ之
• 通常情况下，物体任一点处的残余应力可用单元体各面上 的3个正应力σx,σy,σz表述。单元体各面3个互相垂直的 法线方向称为主方向，相应的3个正应力称为主应力，分
• 宏观残余应力是一种弹性应力。测量宏观应力的 方法：
• 一、应力松弛 电阻应变片法：依据是某些材料受力时电导率发生
变化。
• 二、无损法 磁测法：依据是某些材料受力时磁导率发生变化。
超声波法：依据时某些材料受力时声速发生变化。
X射线法：依据是材料受力时晶体点阵常数变化导致 衍射花样变化。
X射线检测应力的特点： • (1) 无损检测：不损坏产品。 • (2) 小范围检测：取决于X射线束截面。 • (3) 表层检测：X射线穿入深度有限。 • (4) 可区别应力类型：宏观，微观，超微观，
• 第二类应力是在一个或少数晶粒范围内存在并保 持平衡的内应力。它一般能使衍射峰宽化。
• 第三类应力是在若干原子范围存在并保持平衡的 内应力。它能使衍射线减弱。
• 例：宏观应力对X射线衍射花样的影响是什么？ 衍射仪法测定宏观应力的方法有哪些？
• 答：宏观应力对X射线衍射花样的影响是造成 衍射线位移。
内容回顾
• 1、物相定性分析的原理是什么？ • 答：每一种晶体物质都具有特定的晶体结
构。在一定波长的X射线照射下，每种晶体 物质都会给出自己特有的衍射花样。 • 将试样测得的衍射花样d-I数据组与已知 结构物质的标准d-I数据组进行对比，即可 鉴定出试样中存在的物相，实现定性分析。
内容回顾
• 2、物相定量分析的原理是什么？ • 答：X射线定量分析是在定性分析的基础上，
残余应力的产生与消除
残余应力的产生与消除残余应力的产生、释放与测量一、残余应力的产生产生残余应力的原因归结为三类：一是不均匀的塑性变形;二是不均匀的温度变化；三是不均匀的相变。
根据产生残余应力机理的不同，可将其分为热应力和组织应力，车轴热处理后的残余应力是热应力与组织应力的综合作用结果。
由于构件内、外部温度不均，引起材料的收缩与膨胀而产生的应力称为“热应力”。
热应力是由于快速冷却时工件截面温差造成的，淬火冷却速度与工件截面尺寸共同决定了热应力的大小。
在相同冷却介质的情况下，淬火加热温度越高、截面尺寸越大、钢材热导率和线膨胀系数越大，均能导致淬火件内外温差增大，热应力越大。
而加工过程中，由工件内外组织转变的时刻不同多引起的内应力成为“组织应力”。
淬火时，表层材料先于内部开始马氏体的相变，并引起体积膨胀，由于表层的体积膨胀受到未转变的心部的牵制，于是在试样表层产生压应力，心部产生拉应力。
随着冷却的进行，心部体积膨胀有收到表层的阻碍。
随着心部马氏体相变的体积效应逐渐增大，在某个瞬间组织应力状态暂时为零后，式样的组织应力发生反向，最终形成表层为拉应力而心部为压应力的应力状态。
组织应力大小与钢的含碳量、淬火件尺寸、在马氏体转变温度范围内的冷却速度、钢的导热性及淬透性、加热温度、保温时间等因素有关。
二、残余应力的释放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自然时效把工件置于室外，经气候、温度的反复变化，在反复温度应力作用下，使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。
一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力仅下降2%～10%，但工件的松弛刚度得到了较大地提高，因而工件的尺寸稳定性很好。
但由于时效时间过长，一般不采用。
②热时效热时效是传统的时效方法，利用热处理中的退火技术，将工件加热到500～650℃进行较长时间的保温后再缓慢冷却至室温。
焊接残余应力的定义
焊接残余应力的定义
焊接残余应力是指在焊接过程中产生的一种内部应力，残余应力会存在于焊接
接头及其周围的材料中。
焊接残余应力是由于焊接过程中的热膨胀和收缩所引起的。
焊接时，焊条或电弧熔化基材形成熔池，熔池中的金属液体在冷却过程中会发
生收缩。
然而，在焊接过程中，熔池周围的材料会受到高温的影响，而且冷却速度相对较快。
由于熔池收缩和材料冷却不均匀，就会导致焊接接头周围产生残余应力。
焊接残余应力具有一定的特征，包括大小、方向和分布。
残余应力的大小取决
于焊接过程中的热输入和热输出之间的平衡。
焊接过程中产生的高温引起的材料膨胀，而冷却过程中又收缩，这使得接头周围的材料发生变形，并产生应力。
方向上，焊接残余应力可能是拉应力、压应力或剪应力。
分布上，残余应力可能会在焊接接头附近产生最大值，并逐渐减小。
焊接残余应力对焊接接头性能和使用寿命的影响是不可忽视的。
高残余应力可
能导致焊接接头出现裂纹、变形和疲劳等问题。
因此，在焊接设计和焊接过程中，需要采取一些措施来减小焊接残余应力，如使用预热、后热、合适的焊接参数和材料等。
综上所述，焊接残余应力是指在焊接过程中产生的一种内部应力，其大小、方
向和分布都会对焊接接头的性能产生重要影响。
合理的焊接设计和控制焊接过程是减小焊接残余应力的关键。
残余应力分布参数
残余应力分布参数
残余应力分布参数
残余应力是指在物体内部不存在外力或温度变化的情况下，物体内部的应力状态。
残余应力是由于材料加工、热处理等过程引起的，具有可塑性变形、疲劳裂纹扩展等方面的影响。
因此，研究残余应力分布参数具有较高的工程实用性和科学研究价值。
残余应力的分布参数是残余应力的分布特征参数。
它泛指残余应力的分布而言，主要包括残余应力的大小、分布范围、分布形态等。
残余应力的分布参数直接反映了材料的性质和性能，对材料的加工工艺和使用寿命有着重要的影响。
残余应力的大小是指残余应力的绝对值大小，它反映了材料的力学性能。
残余应力越大，材料的强度容限越小，强度不均匀，材料疲劳性能下降。
因此，研究材料残余应力的大小是非常重要的。
残余应力的分布范围是指残余应力的作用范围，它关系到材料的几何形状和加工工艺。
研究残余应力的分布范围可以有效的掌握材料加工的过程和控制方法，进而提高材料的可靠性和使用寿命。
残余应力的分布形态是指残余应力的强度和方向的分布特点。
残余应力的强度和方向会对材料的各项性能产生
不同的影响。
例如，钢材的残余应力强度和方向不同，会对钢铁材料的抗拉性能、抗弯性能、韧性等产生不同的变化。
因此，研究残余应力的分布形态可以更好地掌握材料的力学性能和疲劳性能。
综上所述，研究材料的残余应力分布参数可以提高材料的使用寿命和可靠性，促进新材料的开发和应用。
在未来的研究中，需要加强测量方法和技术的研究，提高残余应力测量的精度和准确性，进一步探究材料残余应力的分布特征和分布规律，以提高材料的科学性研究水平。
残余应力对混凝土结构耐久性的影响
残余应力对混凝土结构耐久性的影响残余应力对混凝土结构耐久性的影响残余应力是指在混凝土结构完全凝固之前形成的内部应力。
这些应力可以对混凝土结构的耐久性产生重要影响。
在本文中，我们将逐步考虑残余应力对混凝土结构耐久性的影响。
首先，残余应力可能导致混凝土结构的开裂。
在混凝土凝固过程中，水分从混凝土中蒸发，混凝土体积会发生收缩。
如果这种收缩受到限制，就会导致内部应力的积累，从而导致混凝土结构开裂。
这些裂缝可以为水、气体和化学物质提供进入混凝土结构的通道，从而加速混凝土结构的损坏。
其次，残余应力还可以通过影响混凝土的物理和力学性质来影响混凝土结构的耐久性。
残余应力可以改变混凝土的抗压强度和抗拉强度。
如果残余应力处于较高状态，混凝土的强度可能会降低，从而使结构更容易受到外部负荷的损坏。
此外，残余应力还可能导致混凝土结构的变形，从而使其整体稳定性受到威胁。
此外，残余应力还可能对混凝土结构的耐久性产生化学影响。
当混凝土中存在残余应力时，结构内部的微观空隙可能会增大，从而使得水、气体和其他化学物质更容易渗透进入混凝土结构中。
这可能导致混凝土的腐蚀和劣化，进而加速结构的损坏。
综上所述，残余应力对混凝土结构的耐久性具有重要影响。
它可能导致结构开裂、改变混凝土的物理和力学性质，以及增加结构受化学侵蚀的风险。
因此，在设计和施工混凝土结构时，需要充分考虑残余应力的影响，采取适当的措施来减少其对结构耐久性的不利影响。
这可以包括使用适当的混凝土配方、控制混凝土的收缩和膨胀，以及采用有效的防水措施等。
只有这样，才能确保混凝土结构具有良好的耐久性和寿命。
无损检测技术中的残余应力测量与分析方法剖析
无损检测技术中的残余应力测量与分析方法剖析残余应力是指在物体内部存在的，由于外部加载和热应变引起的应力状态。
残余应力的存在对材料的性能和稳定性有着重要影响，因此在工程领域中需要对其进行准确测量和分析。
无损检测技术在残余应力测量与分析中起到了重要的作用，本文将对无损检测技术中的残余应力测量与分析方法进行剖析。
一、X射线衍射法X射线衍射（XRD）技术是一种常用的测量材料残余应力的方法。
该方法通过分析材料中晶体的衍射图谱来确定其残余应力。
当材料发生应力时，晶格的排列会发生变化，从而引起X射线的衍射角度的变化。
通过测量和分析这种变化，可以得到材料的残余应力信息。
XRD技术具有测量范围广、准确性高、可重复性好等优点。
对于单晶材料，XRD技术能够直接测量晶体中的残余应力，精度较高。
而对于多晶材料，则需要通过倾角扫描或者称为θ-2θ扫描，来获得材料中的残余应力信息。
不过，XRD技术对于非晶态材料的测量精度较低。
二、中子衍射法中子衍射（ND）技术是一种利用中子进行测量的方法，可用于测量材料的残余应力。
中子的波长大约为0.1-1.0纳米，相较于X射线而言，中子的波长更适合用于测量晶体结构。
中子与材料作用时，受到材料中的晶格排列和残余应力的影响，从而产生衍射。
中子衍射技术具有穿透性强、对非晶态材料测量精度高等优点。
相较于XRD技术，中子衍射技术在测量多晶材料的残余应力时精度更高，适用范围更广。
不过，中子衍射技术的设备成本较高，且实验条件要求较为苛刻。
三、位错法位错法是一种基于物理模型的测量残余应力的方法。
位错是材料晶体结构中的缺陷，它们是材料中形成应力的主要机制之一。
位错法通过测量材料中位错的密度和分布来推导残余应力。
位错法具有非常高的空间分辨率和准确性，适用于各种材料的残余应力测量。
位错法可以通过电子显微镜和X射线繁切分析仪等设备进行实施。
但是，位错法需要对材料进行特殊制备和取样，且实验条件更为复杂。
四、光弹法光弹法是一种基于光学和力学原理的测量方法，通过测量光线透过或反射于材料表面时产生的应力光学效应来推断残余应力。
说明残余应力调控措施
说明残余应力调控措施1. 残余应力的定义和影响因素残余应力是指材料内部存在的在无外力作用下仍然存在的应力。
残余应力是材料加工和使用过程中产生的一个重要指标，对材料的性能和稳定性有着直接的影响。
残余应力主要受以下因素影响：•材料的内部组织和结构•材料的加工工艺•温度变化•机械应力施加2. 残余应力对材料的影响残余应力会对材料的性能和使用寿命产生直接的影响。
具体影响主要包括以下几个方面：2.1 力学性能的影响残余应力会对材料的力学性能产生不利的影响。
它可能导致材料的强度和韧性下降，从而降低材料的承载能力和抗疲劳性能。
2.2 尺寸稳定性的影响残余应力还会对材料的尺寸稳定性产生影响。
它可能导致材料在使用过程中发生尺寸变化或变形，从而影响材料的精度和可靠性。
2.3 腐蚀和应力腐蚀的影响残余应力还会促进材料的腐蚀和应力腐蚀。
特别是当材料暴露于有害环境中时，残余应力会加速材料的腐蚀过程，从而影响材料的使用寿命。
3. 残余应力调控的措施为了减轻或消除残余应力对材料的负面影响，需要采取一定的调控措施。
下面列举了几种常见的残余应力调控措施：3.1 热处理热处理是一种常用的调控残余应力的方法。
通过控制材料的加热温度和冷却速率，可以使材料发生相变或晶格重排，从而消除或减轻残余应力。
3.2 表面处理表面处理是一种常见的残余应力调控措施。
通过在材料表面形成复合层或改变表面形貌等方式，可以减轻或改变材料的残余应力状态。
3.3 加工参数调整在材料加工过程中，通过调整加工参数，如切削速度、切削深度等，可以实现对残余应力的调控。
合理选择加工参数，可以减轻或消除残余应力的产生。
3.4 冷却控制在材料的制造和加工过程中，通过控制冷却速率和方式，可以调控材料的残余应力。
例如，可以采用缓慢冷却或等温退火等方法。
3.5 残余应力检测和监控为了实现有效的调控措施，需要进行残余应力的检测和监控。
可以采用X射线衍射、中子衍射、应变测量等方法对材料的残余应力进行定量分析和评估。
残余应力的产生
残余应力的产生残余应力是指在没有对物体施加外力时，物体内部存在的保持自相平衡的应力系统。
它是固有应力或内应力的一种。
产生残余应力的机理：各种机械加工工艺如铸造、切削、焊接、热处理、装配等都会产生不同程度残余应力。
下面用力学模型分析残余应力产生的原因。
一、机械加工引起的残余应力这是金属构件在加工中最易产生的残余应力。
当施加外力时，物体的一部分出现塑性变形，卸载后，塑性变形部分，限制了与其相邻部分变形的恢复，因而出现了残余应力。
如图1.1a所示，当一均匀梁受纯弯曲且上下表面进入塑性时，沿横截面各层上的应变分布如aa`线所示。
其中mn部分产生了塑性变形，而no部分仍处于弹性状态。
当外力去除时梁的变形得到恢复，各点的应变也得到释放，但梁的上表面m点深至n点这一层内已产生塑性变形，设上表面m点的塑性应变为εt，则当截面mm`各点的应变恢复到折线bnon`b`时，整个截面内将不存在应力。
但实际上梁截面内应变分布是以中性层为坐标原点的线性分布，所以当上表面的应变值从εa降至εt时，截面内各点仍有不平衡的弹性应变如△bon所示。
因此梁的变形将继续恢复，并使表面往下某一深度内产生压缩应变如△bpc所示。
这时梁内出现了如图1.1b所示的应力分布。
直到所有的应力在梁轴向总和为零且对o点的力矩为0时，截面处于平衡状态而不再发生变形。
这时沿截面各点出现了正负相间的自相平衡的应力系统，这就是残余应力。
上述分析可见，构件在外力作用下出现局部的塑性变形，当外力去除时，这些局部的塑性变形限制了整个截面变形的恢复，因此产生了残余应力。
这种由局部塑性变形引起的残余应力，在很多加工工艺中均会出现，如锻压、切削、冷拔、冷弯等等。
这种残余应力往往是很大的。
二、温度不均匀引起的残余应力这种残余应力的产生主要有以下两种原因：第一是由于温度不均匀造成局部热塑性变形；第二是由于相变引起的体积膨胀不均匀造成局部塑性变形。
1、于热塑性变形不均而产生的残余应力；金属材料在高温下其性能将发生很大的变化，如屈服极限、弹性模量等都随温度的升高而下降。
第6章 宏观残余应力的测定
4
二、宏观应力测定的原理 X射线衍射法：通过测量弹性应变ε，求得应力值σ。
对理想多晶体（晶粒细小均匀、无择优取向）： 无应力状态：不同方位的同族{hkl}晶面间距 d 相等； 应力σφ状态：不同晶粒的同族{hkl}晶面间距 d ，随晶面方位 ψ及应力σ大小发生规律变化。
2
M
KM
固定ψ
25
（2）sin2ψ法： 2θφψ测量会有偶然误差，用两点法影响精度，可取几个ψ方 位测量（n＞4），如：0º 、15º 、30º 、45º 。 由此得直线方程：
M 2 sin
2
2 i 2
0
M sin i
2
ψ
σФψ
φ
σФ
8
弹性力学原理：连续、均质、各向同性的物体，其任一方向 上的应变εφψ可表达为：
1 1
2 2 2
2
2 3
3
α1、α2、α3是εφψ对坐标系的方向余弦
1 sin co s 2 sin sin 3 co s
d d co t 2
0
( 2 2 0 )
将此式对sin2ψ求导，得
sin
2
co t 2
0
2 sin
2
代入
E 1
sin
2
12
则，在平面应力状态下，宏观应力测定的基本公式。
M
2 sin
2
24
在固定ψ的0º 法中， -45º Δsin2ψ＝ sin245º sin20º － ＝0.5， 则应力计算公式化简为：σφ＝2K Δ 2θφψ 。 （或取0º 、25º 、35º 、45º ，再用最小二乘法，求斜率M ）
什么是残余应力
Q:什么是残余应力？残余应力是什么意思？残余应力是衡量零件质量的重要指标之一，也是学习的一个难点。
用能量作功的方法可以加深对残余应力的认识：外力使零件变形，其中引起塑性变形的外力作的功以零件内部材料变形而存贮在零件内。
当外力消除以后，应力不均匀的能量要施放出来，引起了零件缓慢地变形，即残余应力作功，使原有加工精度逐渐丧失，直到能量全部施放出来为止，变形结束。
尤其在仪器生产中，残余应力可能使整台仪器丧失精度而成为废品。
应当了解残余应力的“缓释”特点，熟悉残余应力产生原因，掌握减小和消除残余应力的技术手段。
残余应力的产生在机械制造中，各种工艺过程往往都会产生残余应力。
但是，如果从本质上讲，产生残余应力的原因可以归结为：1.不均匀的塑性变形；2.不均匀的温度变化；3.不均匀的相变。
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。
(shenmi 收集)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。
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Vi bra tion Stress Relief,简称VS R 。
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。
工件引起残余应力的原因
工件引起残余应力的原因
内应力是由于材料的结构变化或者加工过程中的变形引起的。
首先，
金属材料的晶界和晶内缺陷会导致内应力的产生。
晶界由于晶体之间的不
完整结合或者晶格方向的不连续性，会导致晶界附近区域内的应力集中，
进而形成内应力。
晶内缺陷包括晶格缺陷（如空位、间隙和夹杂物）和位错。
这些缺陷会导致晶体内部的应力场非均匀分布，形成内应力。
其次，加工过程中的变形也会引起内应力的产生。
例如，锻造、压力
加工和焊接等加工过程会导致材料的塑性变形，形成内应力。
变形过程中，材料会受到压力或拉力的作用，使材料发生塑性变形，然后在变形结束后，材料会出现应力释放不完全，导致产生残余应力。
除了内应力外，外应力也是引起工件残余应力的重要原因之一、工件
在使用过程中受到外界力的作用，会产生外应力。
例如，受力工件受到拉伸、压缩、扭转或弯曲等力，会导致工件内部出现应力分布不均匀，形成
残余应力。
外界温度的变化也会引起工件的热应力，从而产生残余应力。
此外，工件的尺寸和形状也会影响残余应力的产生。
当工件的形状发
生改变时，例如由于焊接或切割等加工过程，其尺寸和形状的改变会导致
内部应力的变化，形成残余应力。
尺寸和形状的改变会使工件的体积、表
面积或者尺寸变化，从而形成内应力。
总结起来，工件残余应力的主要原因包括材料的内应力和外应力。
内
应力是由于材料结构变化或加工过程中的变形所引起的，而外应力是由外
界力的作用或者工件尺寸和形状的改变所引起的。
通过对残余应力的研究
和控制，可以提高工件的使用性能和寿命。
何为残余应力,如何消除
何为残余应力，如何消除
在外力消除后仍保留在金属内部的应力称为残余应力或内应力。
残余应力是由于金属的不均匀变形和不均匀的体积变化造成的。
残余应力按内应力作用范围，可分为宏观内应力（第一类残余应力）、晶界内应力（第二类残余应力）和晶格畸变内应力（第三类残余应力）。
宏观内应力：当金属发送不均匀变形，而物体的完整性又限制这种不均匀变形的自由发展时，在金属物体内大部分体积之间产生互相平衡起来的应力，这种因变形不均匀所出现的应力称为宏观内应力。
晶间内应力：由于金属各晶粒的空间取向不同，在发送变形时，相邻的两个晶粒发生了不均匀变形，两者之间相互制约而产生平衡，阻碍变形的自由发展，变形结束后残留在晶体内形成晶间内应力。
晶格畸变内应力：变形不均匀不仅表现在各晶粒之间，因受其周围晶粒影响不同，在同一晶粒各个部位也存在变形不均匀，产生一定晶格畸变，限制变形的自由发展，变形后残留在晶粒内部形成晶格畸变内应力。
残余应力会导致工作变形、开裂和部分尺寸或形状改变，缩短工件的使用寿命。
为了消除残余应力，一般采用热处理法和机械处理法。
允许退火的金属材料可以采用退火的方法消除残余应力。
消除残余应力的退火一般在较低的温度（低于再结晶温度）下进行，即恢复期，此时残余应力可大部分消除，而不会引起材料强度的降低；在较高温度下退火虽然能彻底消除残余应力，但会造成金属力学性能改变，特别是强度的
降低和制品晶粒的粗化。
机械处理法是在制品的表面在附加一些表面变形，使之产生新的压副应力以抵消制品内的残余应力或尽量减小其数值。
当材料表面有拉伸残余应力时才可以该方法。
例如管棒材的多辊矫直，带材的拉弯矫、张力退火等均是消除残余应力的有效方法。
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第6章材料的残余应力 在实际的生产或生活中，人们发现材料及器件在没有受到外载荷时就无缘无故地坏了。
这种现象非常令人费解：没有载荷怎么会坏呢？仔细分析发现，材料及器件内部在制备或者加工过程中就会在其内部产生应力。
因此，材料及器件内部的应力状态对其可靠性和使用寿命有重要影响［１］。
在这种情况下，需要对材料或零部件的残余应力进行测定和估计，以及采用适当的措施减小残余应力或改进其分布来消除这些工艺缺陷。
残余应力的测量技术始于２０世纪３０年代，发展至今共形成了数十种测量方法。
传统的测试方法概括起来大致可分为两大类，即具有一定损伤性的机械测量法和非破坏性无损伤的物理测量法［１～４］。
新型材料的大量出现与广泛应用，使得传统的残余应力测量方法面临严峻的挑战，也为现代材料分析测试技术领域带来新的发展契机［５～８］。
如何采用适当的措施调整残余应力或改进其分布，减小或消除残余应力对静强度、脆性破坏、抗应力腐蚀开裂和疲劳等材料性能的不利影响，以及加工时或加工后产生尺寸偏差等有害变形，是材料残余应力研究的重要课题［９～１２］。
6畅1 残余应力概论6畅1畅1 残余应力的产生6畅1畅1畅1 残余应力的产生原理［9］·861·在外力的作用下，当没有通过物体表面向物体内部传递应力时，在物体内部保持平衡的应力称为固有应力或初始应力。
在无外力作用时，以平衡状态存在于物体内部的应力称为残余应力。
残余应力是固有应力的一种，而固有应力也被一些研究者称为内应力。
１９１２年，由Ｍａｒｔｅｎｓ和Ｈｅｙｎ等提出了如图６畅１所示的弹簧模型说明了残余应力的产生。
如图６畅１所示的三个弹簧，ａ为自由状态，ｂ为用刚性板将弹簧的上下两端连接起来的状态。
此时，没有从外部施加作用力，而各个弹簧之间却产生了相互的作用力。
如各弹簧的长度和弹性常数分别为l１、l２、l３和c１、c２、c３，刚性板连接后的长度为l，则各弹簧上产生的力F１、F２、F３分别为F１＝c１（l－l１）、F２＝c２（l－l２）、F３＝c３（l－l３）。
F１、F２、F３即相当于残余应力，并且F１＋F２＋F３＝０。
图６畅１ 弹簧模型示意图一般来说，物体残余应力的产生过程可用图６畅２来说明。
从没有任何应力作用的物体内部R区域内，切取图中所示之正方形A部分如ａ所示；接着将切下的A部分用任意的操作，使之进行体积变化和形状变化而成为B的形状如ｂ所示；可以想象若将其再放入R区域内，使其成为ｃ所示的那样，则需由侧面施加作用力使之变形，再如ｄ所示将它放到原先的R内。
若将施加的这个力释放时，结果则如ｅ所示，放入的部分和其周边部分要调整变形，并在该区域产生应力场。
这就是产生残余应力的状态。
反之，如果测定出切取部分的变形量，即可推算出残余应力。
实际上残余应力的测定，就是将物体进行切槽或切取，使残余应力部分释放或全部释放，用实验方法由释放时所产生的变形求出残余应力。
图６畅２ 残余应力的产生过程6畅1畅1畅2 残余应力的分类［2，6，7，13］实际残余应力的产生，其原因及过程是多种多样的，且产生的残余应力也很复杂［２，６，７］。
但习惯上按照残余应力相互影响的范围和产生的原因，主要分为两大类［１３］：·961·（１）根据残余应力相互影响的范围大小分为宏观残余应力和微观残余应力。
以图６畅３为例来说明，图ａ中所示残余应力σⅠα和σⅠβ对应于宏观范围晶粒α和β所在位置处的分布应力，称为第一类残余应力σⅠ。
它的大小、方向和性质等可用通常的物理或机械方法进行测量。
微观残余应力属于显微视野范围内的应力，依其作用的范围又可细分为两类：在晶粒α和β微观范围内分布的应力，称为第二类残余应力σⅡ。
在一个晶粒内部作用的晶内亚结构应力，称为第三类残余应力σⅢ。
三类残余应力与晶体组织结构（如图６畅３ｂ所示）具有相互对应关系。
图６畅３ 三类残余应力的相互关系（２）从产生的原因考虑，与宏观残余应力相对应的叫做体积应力，而与微观残余应力相对应的叫做织构应力，或者叫做同样意义的亚织构应力。
6畅1畅1畅3 残余应力产生原因［6，14～16］残余应力产生原因可分为不均匀塑性变形、热应力、相变和化学变化四类，每一类又有外部原因和内部原因两个方面。
（１）机械作用造成不均匀塑性变形在机械应力作用下，物体各部分变形不均匀。
有些部分塑性变形大，有些部分塑性变形小，有些部分只产生弹性变形，整个物体又要保持完整性。
因此，当外加机械作用卸除后，物体内形成残余应力。
其外部原因是不均匀的作用应力，而内部原因是组元的浓度差和不同晶粒位向差等，各部分显示出不同的屈服行为。
（２）热应力造成不均匀塑性变形如果加热和冷却过程中产生的热应力始终处于弹性阶段，那么这种热应力是可逆的，一旦物体内温度趋于一致，应力就消失。
在实际加热和冷却过程中，物体中高温部分材料的屈服强度很低，受热应力作用而首先发生塑性变形，随后的热应力作用就不具有可逆性。
虽然最终物体各部·071·分温度趋于一致，但物体内将会形成由热应力造成的残余应力。
（３）不均匀相变加热和冷却过程中材料内部可能会发生相变，例如淬火处理的马氏体相变，时效处理的沉淀相析出。
马氏体相变发生体积膨胀，不均匀冷却过程造成不均匀马氏体相变和体积膨胀，由此形成相变残余应力。
沉淀相析出也由于体积变化而产生错配应力场。
不均匀相变造成残余应力的外部原因是不均匀加热和冷却，而内部原因是组元的浓度差。
（４）化学变化化学变化主要由外部原因造成。
例如，钢的氮化处理表面形成氮化物层，它的比容高于钢基体的比容，为了保持物体的完整性，氮化表面层内形成较高的残余压应力，基体内形成残余拉应力。
6畅1畅2 残余应力的调整与消除［9，16，17］ 残余应力的消除或调整，可以靠热作用的方法或机械作用的方法。
热作用法就是通常的退火法，即通过加热调整组织而使残余应力得到松弛直至去除的方法。
机械作用法就是靠施加静态或动态的应力，使残余应力减小或重新分布。
6畅1畅2畅1 热作用对残余应力的消除和调整用热作用消除残余应力时，只要退火温度和时间适宜，应力是可以完全消除的，但与此同时却会造成材料硬度和其他机械性能的下降，并且因热作用而产生组织变化也是不可避免的。
用加热的方法消除残余应力与蠕变和应力松弛现象有密切的关系。
通常所用的退火就是将构件在较高的适当温度下，保温几小时或几天的时间，然后再缓慢冷却。
Ｍａｉｌｅｎｄｅｒ较早从应力松弛现象着手，通过退火把残余应力消除与应力松弛现象联系起来进行研究［９］。
Ｍａｉｌｅｎｄｅｒ的试验结果揭示了残余应力消除时的应力松弛状态，此处对其作一较详细的说明。
实验是把直径为１４ｍｍ、长度为１３０ｍｍ的钢试样加以均匀的单向拉应力，再把它放入一定温度的炉中，在应变一定的情况下研究其应力松弛状态。
在此，温度为t时的应变为εｅ，常温（２０℃）和温度t时的弹性模量分别为E２０和E t（E２０＞E t），拉应力分别为σｅ和σｅt。
当塑性变形不发生时，关系式σｅ＝εｅE２０和σｅt＝εｅE t成立。
于是，温度t时的应力为σｅt＝σｅ（E t／E２０）（６畅１）当温度上升至有塑性变形发生时，式（６畅１）就不再成立。
保持z时间后，若显示的永久应变为εｂz，弹性应变εｅ因此而减少，这时的应力σｅtz即为σｅtz＝（εｅ－εｂz）E t＝εｅz E t（６畅２）εｅz是z时间后的弹性应变，这里用到关系式εｅ＝εｅz＋εｂz，即总应变是弹性应变和塑性应变之和（见第１章）。
此时应力在冷却到２０℃时成为如下形式：σｅz＝（εｅ－εｂz）E２０＝εｅz E２０（６畅３）σｅz是松弛后的常温应力值。
实际上，研究应力松弛时，若弹性的初期应力为σｅt（＝εｅE t），则z时间后的松弛应力σｅtz可按下法取得。
首先把试样放入炉中加热到温度t，然后开始先附加小应力σA，最后再把载荷慢慢地加载上去。
这时的状态若用图６畅４说明，则直到某个应力σｐt所产生的应变都是弹性的（对应·171·直线AQ），而其后的应变就是非弹性的增加了（对应曲线QR）。
把直线AQ延长，通过应力应变关系求出的S点所对应的弹性应力OU，即为此时的初始应力σｅt。
图６畅５便是按此方法，在５６０℃时Ｎｉ－Ｃｒ钢（０畅４％Ｃ，１畅５％Ｃｒ，３％Ｎｉ）的应力松弛实验结果。
这里图上的数值指的是初始应力，单位是Ｋｇ／ｍｍ２。
不论初始应力大小，只要保温２小时左右便可达到很大程度的应力松弛。
如果考虑残余应力的松弛，那么这种初始应力即相当于残余应力。
图６畅４ 温度t时应力和应变的关系图６畅５ 在５６０℃的应力松弛材料：Ｎｉ－Ｃｒ钢（０畅４％Ｃ；１畅５％Ｃｒ；３％Ｎｉ）表6畅1 典型的残余应力消除温度和时间金 属温度／℃时间／ｈ灰口铸铁４２７～５９３５～１／２碳素钢５９３～６７７１Ｃ－Ｍｏ钢（Ｃ＜０畅２％）５９３～６７７２Ｃ－Ｍｏ钢（０畅２％＜Ｃ＜０畅３５％）６７７～７６０３～２Ｃｒ－Ｍｏ钢（２％Ｃｒ，０畅５％Ｍｏ）７１８～７４６２Ｃｒ－Ｍｏ钢（９％Ｃｒ，１％Ｍｏ）７４６～７７４３Ｃｒ不锈钢７７４～８０２２Ｃｒ－Ｎｉ不锈钢（３１６）８１６２Ｃｒ－Ｎｉ不锈钢（３１０）８７１２铜合金（Ｃｕ）１４９１／２铜合金（８０Ｃｕ－２０Ｚｎ，７０Ｃｕ－３０Ｚｎ）２６０１铜合金（６０Ｃｕ－４０Ｚｎ）１９１１铜合金（６４Ｃｕ－１８Ｚｎ－１８Ｎｉ）２４６１镍和钼２７４～３１６３～１ 根据枟金属手册（１９５５）附录枠，现将钢材等典型的残余应力消除温度和时间列于表６畅１。
其中多数是实际条件，但若希望消除应力更充分时，就应在这个温度或更高的温度（例如，灰口铸·271·铁：６５０℃，碳钢：６００℃，合金钢：８００℃）下保温５～１０ｈ。
6畅1畅2畅2 机械作用消除和调整残余应力用机械作用消除残余应力，是利用材料内产生的塑性变形来达到减低残余应力的目的。
虽然用这种方法把残余应力完全消除是不可能的，但用机械的方法却不会使机械性能下降，并且不需要炉子之类的热处理设备。
此法除了做应力消除和调整之外，还经常被用于使构件获得平直的校正工艺。
（１）校正法校正法可分为反复弯曲法（轧辊校正、旋转弯曲校正等）、拉伸法、应力组合法和加热法四种。
在加工到成品之前的中间工序中，构件无论是热加工的，还是冷加工的，都可在最后工序通过校直机对形状进行校正。
这种校正虽然一般都是平直校正，但也可根据材料的形状和目的等要求用各种校正机进行校正。
材料通过这种校正，机械性能会有所变化。
而基于校正前的加工过程，残余应力也会有所变化，从而发生与校正方法相对应的具有一定特征的应力重新分布。
校正后其初始残余应力很大程度上被消除，随着新发生的残余应力形成平衡状态，材料还能得到良好的外观形态。