殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因

各種機(jī)械加工工藝如鑄造、切削、焊接、熱處理、裝配等都會(huì)產(chǎn)生不同程度殘余應(yīng)力。

機(jī)械加工引起的殘余應(yīng)力

這是金屬構(gòu)件在加工中最易產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。當(dāng)施加外力時(shí)，物體的一部分出現(xiàn)塑性變形，卸載后，塑性變形部分，限制了與其相鄰部分變形的恢復(fù)，因而出現(xiàn)了殘余應(yīng)力。

溫度不均勻引起的殘余應(yīng)力

這種殘余應(yīng)力的產(chǎn)生主要有以下兩種原因：第一是由于溫度不均勻造成局部熱塑性變形；第二是由于相變引起的體積膨脹不均勻造成局部塑性變形。

1、由于熱塑性變形不均而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

金屬材料在高溫下其性能將發(fā)生很大的變化，如屈服極限、彈性模量等都隨溫度的升高而下降。如果構(gòu)件上溫度場的溫度階梯較大，則屈服極限和彈性模量的分布也是不均勻的，因此在高溫下出現(xiàn)的熱塑性也是不均勻的。

2、因組織改變而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

如果溫度大，其應(yīng)力變化與低溫時(shí)是相似的。但由于這時(shí)材料的屈服極限接近于零。因此很容易出現(xiàn)熱塑性變形。變形恢復(fù)時(shí)受的阻力也比前者大，所以殘余應(yīng)力也較大，但產(chǎn)生殘余應(yīng)力的條件是不變的。

高溫中的另一個(gè)問題就是由相變引起的相變應(yīng)力。金屬的組織發(fā)生相變時(shí)，會(huì)出現(xiàn)體積的突然膨脹。如果這種膨脹是均勻的，則如同構(gòu)件均勻熱膨脹一樣，沒有約束的情況下不產(chǎn)生應(yīng)力。但是由于構(gòu)件的組織成分不均勻，溫度分布不均勻等等原因，造成構(gòu)件各部分相變時(shí)間不同，體積膨脹不均勻，因此使各部分間出現(xiàn)互相約束而產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。

構(gòu)件尺寸公差引起的殘余應(yīng)力

在焊接、鉚接、螺釘連接時(shí)往往有公差配合問題。如船體分段對(duì)接時(shí)必須將對(duì)接鋼板拉到一起，這些由外力拉到一起而組合的結(jié)構(gòu)，當(dāng)外力去除后，整個(gè)系統(tǒng)就出現(xiàn)了殘余應(yīng)力。這種應(yīng)力一般來說屬于結(jié)構(gòu)應(yīng)力，大多數(shù)情況下處于彈性狀態(tài)。

總之，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生是由于構(gòu)件某一部分的變形恢復(fù)受到約束而造成的。局部不均勻的塑性變形的出現(xiàn)，是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的普遍原因。一個(gè)構(gòu)件上殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)是由各種原因產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的綜合值來決定的，因此它的分布規(guī)律是隨機(jī)的，給測量和研究帶來較大的困難。