应力分布和残余应力的关系
焊接结构2.3
（三）厚板中的残余应力
❖当厚度超过25mm时，焊接结构中除了存在着纵 向应力和横向应力外，还存在着较大的厚度方向的
应力 z 。
❖近年来的试验研究结果表明，这三个方向的内应 力在厚度上的分布极不均匀。其分布规律，对于不 同焊接工艺有较大差别
低碳钢电渣焊缝中的内应力分布
z
x
y
焊缝中心受较大的三向拉应力，其 塑性指标显著降低。
低碳钢多层焊时的内应力分布
、x 表面y 为较高的拉应力。 的数z 值较小，有可
能为压应力，亦有可能为拉应力。
大厚度合金钢接头中的残余应力分布
❖中心线上的表面横向应力比表面层以下的焊缝金
属低，其数值接近于零。表面 y 在Y轴上的分布，
在离焊趾20mm处有一峰值。 ❖这种分布规律可能与该钢的相变温度较低和焊缝 形状（较窄较深）有关。 ❖影响：最大横向残余应力存在于表面焊道下面几 层焊道中。有可能因为残余应力较大而产生延迟裂 纹，并向表面扩展。
➢当区段III恢复弹性时，其收缩受到区段I和II的拘，使
" y
扩展。
的y"分布与焊接方向、分段方法以及焊接顺序
有关。
❖当从中间向两端焊时，
" y
的分布是中心部分为压应力，
两端部分为拉应力。
❖从两端向中心部分焊接，则中心部分为拉应力，两端部
分为压应力。
❖直通焊的
"尾部是拉应力，中段压应力，起焊段由于必
质影响甚大。
钛材焊缝中的纵向应力较低，一般仅为 0.5-0.8 σs。铝材焊缝中的σx也较低，仅为 0. 6-0. 8 σs。
高强钢焊件中的最大残余拉应力不会达 到母材的屈服极限，而且残余拉应力区的宽 度可能变窄。
(完整版)残余应力
残余应力（Residual Stress）消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力。
机械加工和强化工艺都能引起残余应力。
如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热处理等，因不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力。
残余应力一般是有害的，如零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后，残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂。
或经淬火、磨削后表面会出现裂纹。
残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷，而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加，使总应力超过强度极限时，便出现裂纹和断裂。
零件的残余应力大部分都可通过适当的热处理消除。
残余应力有时也有有益的方而，它可以被控制用来提高零件的疲劳强度和耐磨性能。
[1]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。
也称残余应力。
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。
凡是没有外部作用，物体内部保持自相平衡的应力，称为物体的固有应力，或称为初应力，亦称为内应力。
测试仪器编辑残余应力分析仪其原理是基于著名的布拉格方程2dsinθ=nλ ：即一定波长的X射线照射到晶体材料上，相邻两个原子面衍射时的X射线光程差正好是波长的整数倍。
通过测量衍射角变化Δθ从而得到晶格间距变化Δd，根据胡克定律和弹性力学原理，计算出材料的残余应力。
应力方程根据弹性力学理论, 在宏观各向同性晶体材料上角度φ和ψ（见图1）方向的应变可以用如下方程表述：（图1）正应力和剪切应力应力分量σφ和τφ为方向Sφ上正应力和剪切应力：含剪切应力的应力方程和曲线如果在垂直于试样表面上的平面上有剪应力存在（τ13≠0和/或τ23≠0），则εφψ与sin2ψ的函数关系是一个椭圆曲线，在ψ> 0和ψ<0是图形显示为“ψ分叉”（见图3）。
残余应力
（二）内应力对疲劳强度的影响（见第五章） （三）内应力对机械加工精度的影响 机械切削加工把一部分材料从工件上切去，如果工件中存在 着内应力，那么把一部分材料切去的同时，把原先在那里的内应 力也一起去掉，从而破坏了原来工件中内应力的平衡使工件产生 变形。加工精度也就受到了影响。 例1：如在焊接丁字形零件上(见图2—121a）加工一个平面，会 引起工件的挠曲变形。但这种变形由于工件在加工过程中受到夹 持，不能充分地表现出来，只有在加工完毕后松开夹具时变形才 能充分地表现出来。这样，它就破坏了己加工平面的精度。 例2：焊接齿轮箱的轴孔(见图2—121b)，加工第二个轴孔所引起 的变形将影响第一个已加工过的轴孔的精度。 保证加工精度的最彻底的办法是先消除焊接内应力然后再进行机 械加工。
2、圆筒上环形焊缝引起的纵向应力σx分布：与平板不同。 (对圆筒来讲就是切向应力) （1）当圆筒直径与厚度之比较大时, σx的分布和平扳上的情况 相似，见图2—100。 对低碳钢来说σx达到σs （2）当圆筒直径与厚度之比较小时，就有所降低。 原因:由于圆筒环焊缝的半径在焊后缩小，焊缝在长度上的收缩 比平板上的焊缝具有更大的自由度。因此纵向应力比平板小。 应力值的大小取决于圆筒的半径R、壁厚以及塑性变形区的宽度 bp。后者与焊接线能量和材质有关。 当壁厚不变，R↓-- σx ↓； bp ↓ -- σx ↑（？）
③直通焊的尾部是拉应力，中段是压应力，起焊段由于必须满足平衡条件的 原因仍为拉应力，应力分布情况与图2—l04a相似 ④用分段退焊和分段跳焊法。σy/ /的分布将出现多次交替的拉应力和压应力 区。值得注意的是分段跳焊法的σy/ /峰值较其他焊接顺序高。
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。
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。
残余应力的成因及分布规律
残余应力的成因及分布规律
残余应力是构件还未承受荷载而早已存在于构件截面上的初应力。
产生残余应力的主要原因是由外界条件引起了不均匀的塑性变形，有两种常见情况导致不均匀塑性变形：一是非均匀温度场的高温热循环作用，如焊接后未作特殊处理或采取火焰切割下料等；二是钢材的冷加工，冷加工会使构件产生不均匀塑性变形，因而产生残余应力。
残余应力的大小、分布与截面几何形状、几何尺寸、构件制造方法和加工过程等密切相关。
残余应力的分布特点是截面上的应力满足静力平衡条件。
图3-8所示为几种工字形截面沿构件纵向的残余应力分布，图中压应力为负值，拉应力为正值。
图3-8(a)为轧制普通工字钢，这种截面的腹板厚度远小于其冀缘厚度。
热轧后腹板中间部位先冷却，翼缘后冷却，又由于翼缘宽度较窄，因而在冷却过程中翼缘的收缩受到比其先冷却的腹板部分的约束而在翼缘中产生残余拉应力，在先冷却的腹板部分产生残余压应力。
图3-8(b)为轧制H型钢，其翼缘宽度较大，热轧后冷却过程中，翼缘两端由于其暴露于空气中的面积较翼缘与腹板交接部分为多而冷却较快，腹板中间部位则因厚度较薄而冷却较快，翼缘与腹板交接部位冷却收缩变形受到较其先冷却部分的约束而出现残余拉应力，先冷却部分则出现残余压应力。
图3-8(c)为翼缘为轧制边的焊接工字形截面，焊接处由于热量的高度集中，冷却后焊缝附近的腹板和翼缘板上均产生残余拉应力。
冀缘板两端与腹板中间部分则为残余压应力。
图3-8(d)为翼缘是火焰切割边的工字形截面，翼缘钢板两端有残余拉应力，而中间部分为残余压应力。
用这种钢板制作翼缘板的焊接工字形截面在焊缝冷却后，翼缘板中将产生相反的残余应力。
焊接接头的应力松弛及残余应力分析
焊接接头的应力松弛及残余应力分析焊接接头是工程中常见的连接方式之一，它通过熔化金属填充接头间隙，使接头部分形成一个整体，从而达到连接的目的。
然而，焊接过程中会产生应力，这些应力可能会导致接头的应力松弛和残余应力的产生。
本文将对焊接接头的应力松弛及残余应力进行分析。
一、焊接接头的应力松弛焊接接头的应力松弛是指焊接后接头内部的应力逐渐减小的过程。
焊接时，由于热量的作用，接头内部的金属会发生膨胀，形成应力。
随着焊接过程的结束，接头开始冷却，金属会收缩，从而产生应力松弛的现象。
应力松弛对焊接接头的影响是多方面的。
首先，应力松弛会导致接头的变形，使接头的尺寸和形状发生变化，从而影响接头的使用性能。
其次，应力松弛还可能导致接头的疲劳寿命降低，使接头容易发生疲劳断裂。
因此，在焊接接头的设计和制造过程中，应力松弛的控制是非常重要的。
二、焊接接头的残余应力焊接接头的残余应力是指焊接后接头内部仍存在的应力。
焊接过程中，由于金属的膨胀和收缩，接头内部会形成复杂的应力分布。
随着焊接过程的结束，金属冷却后，部分应力会被释放，但仍有一部分应力无法完全消除，形成残余应力。
残余应力对焊接接头的影响也是非常严重的。
首先，残余应力会导致接头的变形，使接头的尺寸和形状发生变化，从而影响接头的使用性能。
其次，残余应力还可能导致接头的开裂，使接头容易发生断裂。
三、焊接接头应力松弛和残余应力的分析方法为了准确分析焊接接头的应力松弛和残余应力，需要借助一些分析方法。
常用的方法包括有限元分析和试验分析。
有限元分析是一种数值计算方法，通过将接头划分为多个小单元，建立接头的数学模型，利用有限元法求解接头内部的应力分布。
这种方法可以较为准确地预测接头的应力松弛和残余应力。
试验分析是通过实验手段来分析接头的应力松弛和残余应力。
常用的试验方法包括应力松弛试验和残余应力测量试验。
应力松弛试验可以通过对焊接接头施加一定的载荷，观察接头的变形情况，从而分析应力松弛的程度。
残余应力测试与计算
残余应力测试与计算残余应力是指在物体内部存在的一种剩余应力，它是在外部应力去除后，物体内部仍然保留的应力状态。
残余应力的产生是由于物体在受力作用下发生了塑性变形，而在外力解除后，由于内部应力的分布不均匀，导致部分应力得不到释放而形成的。
残余应力的测试与计算是研究材料力学性能的重要手段之一。
通过对材料的残余应力进行测试，可以了解材料的内部应力分布情况，进而对材料的使用性能和寿命进行预测和评估。
残余应力测试与计算可以应用于各种材料的研究领域，如金属材料、陶瓷材料、复合材料等。
残余应力的测试方法有多种，常用的有X射线衍射法、中子衍射法、光学法等。
其中，X射线衍射法是最常用的残余应力测试方法之一。
通过测量材料表面或内部的X射线衍射图样，可以计算出材料的残余应力分布情况。
残余应力的计算是通过数学模型和计算方法来估算材料的残余应力分布。
常用的计算方法有有限元方法、解析法等。
有限元方法是一种基于数值计算的方法，通过将材料划分为有限个小区域，建立数学模型，利用计算机进行模拟计算，从而得到材料的残余应力分布情况。
解析法是一种基于解析数学方法的计算方法，通过对材料的力学性质进行分析和推导，得到材料的残余应力分布情况。
残余应力的测试与计算在材料科学和工程领域具有重要的应用价值。
首先，残余应力的测试与计算可以为材料的设计和制造提供重要的参考依据。
通过了解材料的残余应力分布情况，可以对材料的使用性能和寿命进行预测和评估，从而指导材料的设计和制造。
其次，残余应力的测试与计算可以用于材料的质量控制和缺陷检测。
残余应力是材料内部存在的一种应力状态，它与材料的质量和缺陷密切相关。
通过对材料的残余应力进行测试和计算，可以发现材料中的缺陷和问题，并及时采取相应的措施进行修复和改进。
最后，残余应力的测试与计算可以为材料的应用和改进提供理论指导和技术支持。
通过深入研究材料的残余应力分布情况，可以揭示材料的内部机制和性能特点，为材料的应用和改进提供理论指导和技术支持。
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应力分布和残余应力的关系
应力分布和残余应力之间存在着密切的关系。
应力分布是指物体在外力作用下所受到的应力分布情况，而残余应力则是指物体在外力作用后，未完全消失的应力。
残余应力的存在会影响物体的性能，如强度、耐腐蚀性等。
而应力分布则是导致残余应力存在的原因之一。
在材料加工过程中，由于材料的不均匀性或加工工艺的不当，会导致物体内部出现应力集中区域，这些区域的应力值会远高于周围区域的应力值。
当外力作用消失后，这些区域内部的应力并不会立即消失，而是会形成残余应力。
这些残余应力的存在会导致物体在使用过程中出现裂纹、断裂等问题。
因此，为了减少残余应力的影响，需要在材料加工过程中尽可能减少应力集中区域的出现，以及在加工完成后进行适当的热处理等工艺措施，以降低残余应力的存在。
同时，也需要通过合理的设计和材料选择等手段，优化应力分布，减少残余应力的产生。
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