什么是残余应力?如何测量残余应力?
首先来一段官方的定义:残余应力 (Residual Stress) 是工件在制造过程中,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就是残余应力。
有点晕?那换个通俗的方式跟大家讲。比如说一个人之前很瘦,买了一条L号的牛仔裤,然而过了个年吃成了大胖子,这时候再穿这条牛仔裤,由于人长胖了而裤子没变,因此他就会觉得裤子太紧了,这时候身体与裤子之间就有了很强的作用力,如果用力过猛很容易把裤子撕破,这种破坏力就是残余应力的作用效果。
从能量作功的角度来理解,外力使物体发生塑性变形时会导致物体内部发生变形,因而积累一部分能量;当外力消除后,内部应力分布不均匀的能量要进行释放,如果物体的脆性低,则物体会缓慢变形,脆性高则形成裂纹。
图1 残余应力作用效果
残余应力在机械制造中非常常见,往往各个工艺都会产生残余应力。不过,从本质上讲,产生残余应力的原因可以归结成三类:
第一类,不均匀的塑性变形;第二类,不均匀的温度变化;第三类,不均匀的相变。
对于残余应力的测量,从大类上可以分为机械法、化学法和X射线法三种。
化学法有两种思想。一种想法是将试样侵入到适当的溶液中,测量出自开始侵蚀到发现裂纹的经过时间,按此经过的时间来判断残余应力的大小,所用的溶液,对于含锡青铜可用水银及含水银的盐类,对于钢可用弱碱及硝酸盐类;另一种想法是将试样吊浸在适当的溶液里,隔一定时间来称其重量。这样就可以得到一个重量减小量与经过时间的关系曲线,与标准曲线相比较,以判定残余应力的大小,所得到的曲线的位置比标准曲线越高,则表示物体内的残余应力越大。
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