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什么是钢材残余应力

发布时间:2025-07-11 14:18:50

Ⅰ 请问什么叫作"内应力"可以快点吗

残余应力的概念

通常讲,一个物体,在没有外力和外力矩作用、温度达到平衡、相变已经终止的条件下,其内部仍然存在并自身保持平衡的应力叫做内应力。

按照德国学者马赫劳赫提出的分类方法,内应力分为三类:

第Ⅰ类内应力是存在于材料的较大区域(很多晶粒)内,并在整个物体各个截面保持平衡的内应力。当一个物体的第Ⅰ类内应力平衡和内力矩平衡被破坏时,物体会产生宏观的尺寸变化。

第Ⅱ类内应力是存在于较小范围(一个晶粒或晶粒内部的区域)的内应力。

第Ⅱ类内应力是存在于极小范围(几个原子间距)的内应力。

在工程上通常所说的残余应力就是第Ⅰ类内应力。到目前为止,第Ⅰ类内应力的测量技术最为完善,它们对材料性能和构件质量的影响也研究得最为透彻。

除了这样的分类方法以外,工程界也习惯于按产生残余应力的工艺过程来归类和命名,例如铸造应力、焊接应力、热处理应力、磨削应力、喷丸应力等等,而且一般指的都是第Ⅰ类内应力。

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。

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。

如需进一步了解有关喷丸强化技术,推荐如下专著和文献:

1.刘锁(王仁智),《金属材料的疲劳性能与喷丸强化工艺》,国防工业出版社,1977

2.王仁智,吴培远,《疲劳失效分析》,机械工业出版社,1987

3.王仁智,《喷丸强化技术在我国的发展》,材料工程,No1,1989

残余应力的测量方法

残余应力的测量方法可以分为有损和无损两大类。

有损测试方法就是应力释放法,也可以称为机械的方法;无损方法就是物理的方法。

机械方法目前用得最多的是钻孔法(盲孔法),其次还有针对一定对象的环芯法。

物理方法中用得最多的是X射线衍射法,其他主要物理方法还有中子衍射法、磁性法和超声法。

X射线衍射法依据X射线衍射原理,即布拉格定律。布拉格定律把宏观上可以准确测定的衍射角同材料中的晶面间距建立确定的关系。材料中的应力所对应的弹性应变必然表征为晶面间距的相对变化。当材料中有应力σ存在时,其晶面间距d 必然随晶面与应力相对取向的不同而有所变化,按照布拉格定律,衍射角2θ也 会相应改变。因此有可能通过测量衍射角2θ随晶面取向不同而发生的变化来求得应力σ。从这里可以看出X射线衍射法测定应力的原理是成熟的,经过半个多世纪的历程,在国内外,测量方法的研究深入而广泛,测试技术和设备已经比较完善,不但可以在实验室进行研究,可且可以应用到各种实际工件,包括大型工件的现场测量。

Ⅱ 钢结构焊接后产生残余应力和变形的主要原因是什么

焊件在焊接过程中,热应力、相变应力、加工应力等超过屈服极限(Yield strength),以致冷却后焊件中留有未能消除的应力。 这样,焊接冷却后的残余在焊件中的宏观应力称为残余焊接应力。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。 焊接残余应力,是焊接工程研究领域的重点问题。涉及焊接的各种工程应用中,都十分关注残余应力的影响。例如,在土木工程领域,对于钢结构焊接连接,残余应力对结构的疲劳性能,稳定承载力等均有影响。
焊接应力有暂时应力与残余应力之分。暂时应力只在焊接过程中一定的温度条件
下存在,当焊件冷却至常温时,暂时应力即行消失。焊接残余应力是指焊件冷却后残留在焊件内的应力。从结构的使用要求来看,焊接残余应力有着重要意义。残余应力按其方向可分为纵向、横向和沿厚度方向的应力三种。
1.纵向焊接残余应力
焊接过程一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时,焊件上产生不均匀的温度场,
焊缝及附近温度最高,可达1600℃以上,其邻近区域则温度急剧下降。不均匀的温度场将产生不均匀的膨胀。焊缝及附近高温处的钢材膨胀最大,由于受到两侧温度较低,膨胀较小的钢材的限制,产生了热状态塑性压缩。焊缝冷压时,被塑性压缩的焊缝区趋向于缩得比原始长度稍短,这种缩短变形受到焊缝两侧钢材的限制,使焊缝区产生纵向拉应力。在低碳钢和低合金钢中,这种拉应力以常达到钢材的屈服强度。焊接残余应力是荷载未作用时的内应力,因此会在焊件内部自相平衡,这就必然在距焊缝稍远区域应力。用三块剪切下料的钢板焊成的工字形截面,纵向焊接残余应力分布。
2.横向残余应力
横向残余应力产生的原因有:①由于焊缝纵向收缩,两块钢板趋向于外弯成弓形的趋势,但在实际上焊缝将两块钢板连成整体,不能分开,于是在焊缝中部将产生横向拉应力,而在两端产生横向压应力。②焊缝在施焊过程中,先后冷却的时间不同,先焊的焊缝已经凝固,且具有一定的强度,会阻止后焊焊缝在横向的自由膨胀,使其产生横向的塑性压缩变形。当焊缝冷却时,后焊焊缝的收缩受到已凝固焊缝的限制而产生横向拉应力,同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。横向收缩引起的横向应力与施焊方向及先后次序有关,焊缝的横向残余应力是上述两种原因产生的应力的合成。
3.沿焊缝厚度方向的残余应力
在厚钢板的连接中,焊缝需要多层施焊。因此,除有纵向和横向残余应力之外,沿厚度方向还存在着残余应力。这三种应力可能形成比较严重的同号三轴应力;会大大降低结构连接的塑性。这就是焊接结构易发生脆性破坏的原因之一。
以上分析是焊件在无外加约束情况下的焊接残余应力。若焊件施焊时处在约束状态,如采用强大夹具或焊件本身刚度较大等,焊件将因不能自由伸缩变形而产生更大的焊边残余应力,且随约束程度增加而增大。
如果想要解决残余应力和焊接变形的问题最好的办法是振动时效啊,没有 热时效那么麻烦而且还能消除95%以上的残余应力,华云家的就不错,你可以看一下。。。

Ⅲ 钢材中的残余应力是如何产生的

1、钢材在冷却时都会才产生一个力,如果用水冷却轧件硬度就会产生提高,如果化学成份在有问题,那么轧件表面就是出细小的裂纹,特别局部更为名显,空气冷却表面没有具体的变化,但会产生晶体之间的拉力,所以残余的力也是拉应力。
2、另外钢材在焊接过程中,也会在焊接冷却后,残余在焊件中的宏观应力,也就是残余焊接应力。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。
焊接残余应力,是焊接工程研究领域的重点问题。涉及焊接的各种工程应用中,都十分关注残余应力的影响。例如,在土木工程领域,对于钢结构焊接连接,残余应力对结构的疲劳性能,稳定承载力等均有影响

Ⅳ 预应力 和 残余应力有什么本质区别在ANSYS中分别怎么计算谢谢

本质上有没有区别不好说,可以说没区别,也可以说有区别:
1,没区别:从表现来看都是应力场分布不均匀。
2,有区别:成因或目的不同。
预应力大部分时候是由于人工的干预,用特殊的手段特意造成的,比如混凝土不抗拉,所以在其中放入钢筋时,把钢筋拉着放进去,这样由于钢筋弹性变形的恢复,会让混凝土收到压力,这样在服役时这部分压力可以抵消一部分拉力。又或者紧装配中,为了增大紧装配界面上的摩擦力,配件会有一定的过盈量,装配起来各配件内部就有压力。这些就是所谓的预应力。大部分用于工程构件中。这里所说的都是人为造成的有利用途
残余应力通常是在材料内部而不是工程结构中。大部分不是人为控制的,也不是人们期望的。比如焊接中,焊区的材料从高温冷却,经过相变、体积变形,已经和周围的母材不一样了,强拧的瓜不甜,在焊区尤其是焊区和母材的连接区域有较大的由于材料不相容造成的应力,这就是残余应力。危害很大。又比如钢材买来一般都要回火,去残余应力也和这个差不多。再比如,人摔了一跤,摔破了皮,等长好了就会感觉那块儿皮绷绷的,就是因为新长的皮和老皮性质不一样。过段时间又没感觉了,就是因为残余应力被消除了。
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ansys中的计算:
1,预应力一般用接触的办法处理。
2,残余应力一般跟问题有关。比如焊接问题,母材和焊区材料定义不同的热--应变比(不是这专业的,不知道名字)然后从高温到低温算一下。
相比较处理预应力更着重处理手段。而残余应力更着重材料的本构

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