残余应力分类与评估
压痕法残余应力测试
压痕法残余应力测试压痕法残余应力测试是一种常用的测试方法，用于评估材料表面的残余应力。
在材料制备或使用过程中，由于各种因素的影响，材料内部会形成一定的应力场。
这些残余应力可能会影响材料的性能和寿命，因此了解和控制残余应力对于材料工程来说非常重要。
在进行压痕法残余应力测试时，首先需要在待测试材料的表面施加一个样品尺寸相对较小的压痕。
这个压痕通常采用金刚石压头或硬质球体进行，因为金刚石具有较高的硬度和刚性，能够施加较大的压力而不易变形。
通过压痕产生的弹性变形和塑性变形，可以间接地测量出残余应力的大小和分布情况。
压痕法残余应力测试的原理是基于弹性力学和塑性力学的基本理论。
在施加压痕之前，材料表面是没有残余应力的。
但是，由于压痕会引起材料的局部弹性变形和塑性变形，会在其周围产生一定的应力场。
这些残余应力是由变形过程中的弹性回复和塑性留下的位错等缺陷引起的。
通过测量压痕的大小和形状以及周围材料的变形情况，可以计算出残余应力的大小和分布情况。
通常，在进行压痕法残余应力测试时，会使用光学显微镜或扫描电子显微镜等设备对压痕进行观测和测量。
通过分析压痕的几何形状参数，结合合适的数学模型和理论，可以得到残余应力的精确值。
压痕法残余应力测试在材料科学和工程的许多领域中得到了广泛的应用。
它可以用于评估不同材料的制备工艺对残余应力的影响，以及不同材料在使用过程中的变化情况。
压痕法残余应力测试还可以用于研究材料的应力分布和应力引起的变形行为，进一步理解材料的力学性能和行为规律。
总结回顾起来，压痕法残余应力测试是一种基于压痕的方法，用于评估材料表面的残余应力。
通过测量压痕的大小和形状，以及分析周围材料的变形情况，可以计算出残余应力的大小和分布情况。
这项测试在材料科学和工程领域具有广泛的应用，对于了解和控制材料的残余应力非常重要。
在本次的文章中，我们介绍了压痕法残余应力测试的基本原理和测试方法。
通过这项测试，可以评估材料表面的残余应力，进一步了解材料的性能和寿命。
一型和二型残余应力__概述说明以及解释
一型和二型残余应力概述说明以及解释1. 引言1.1 概述残余应力是指在物体表面或内部存在的不平衡应力，它们是材料加工、焊接、冷却或热处理等过程中产生的结果。
一型和二型残余应力是当前研究中较为常见的两种残余应力类型。
本文旨在对一型和二型残余应力进行详细概述、解释以及比较，以期进一步了解这些应力的定义、形成原因与机制、测量和评估方法，并探讨它们之间的区别和应用领域的差异。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先是引言部分，介绍文章内容和结构。
接下来第二部分将重点阐述一型残余应力，包括其定义和解释、形成原因与机制以及测量和评估方法。
第三部分将探讨二型残余应力，包括其定义和解释、形成原因与机制以及测量和评估方法。
在第四部分，我们将比较一型残余应力与二型残余应力之间的差异，涵盖强度和方向性差异、影响因素差异以及应用领域的不同之处。
最后，在第五部分中，我们将总结主要研究发现，并展望未来可能的研究方向。
1.3 目的本文旨在全面了解一型和二型残余应力，深入解释它们在材料加工、焊接和其他工程领域中产生的原因和机制。
通过对测量和评估方法的介绍，我们可以更好地理解并评估这些残余应力对材料性能和工件寿命的影响。
此外，通过比较一型与二型残余应力之间的差异以及应用领域的不同之处，我们还可以为相关领域的研究提供新的思路，并为该领域未来研究方向提供参考。
2. 一型残余应力2.1 定义和解释一型残余应力是材料内部存在的一种应力状态，指的是在没有外界加载情况下材料中仍存在的应力。
它可以由热加工、机械加工或其他形式的变形过程引起。
与载荷产生的弹性应变相对，一型残余应力是在工艺处理完成后留存下来的内部应力。
这种残余应力有时也被称为冷却残余应力，因为许多金属制品在高温处理后被迅速冷却以增强硬度时会产生此类应力。
冷却速率以及材料结构和成分对一型残余应力的生成具有重要影响。
2.2 形成原因与机制一型残余应力通常会在材料经历不均匀热膨胀、塑性变形或相变等过程中形成。
钢结构焊接中的残余应力分析方法
能够兼顾计算精度和计算效率，适用于大型复杂 焊接结构的残余应力分析。
03
钢结构焊接中的残余应力测量技术
X射线衍射法
01
02
03
04
原理
利用X射线在晶体中的衍射现 象，通过测量衍射角的变化来 计算残余应力。
优点
非破坏性测量，对试样无损伤 ，可测量小区域和复杂形状的 构件。
缺点
设备昂贵，操作复杂，需要专 业人员进行操作和分析。
将数值模拟得到的残余应力分布结果与实验结果 进行对比分析，验证模拟的准确性。
模拟结果优化
针对误差来源进行模拟结果的优化和改进，提高 数值模拟的精度和可靠性。
ABCD
误差来源分析
分析数值模拟中可能存在的误差来源，如模型简 化、材料参数不准确等，并提出改进措施。
工程应用探讨
探讨数值模拟在钢结构焊接残余应力分析中的工 程应用前景和局限性。
原理
利用超声波在材料中的传播速 度与应力之间的关系，通过测 量超声波传播速度的变化来计
算残余应力。
优点
设备相对简单，操作方便，可 实现在线测量。
缺点
对材料表面粗糙度和温度等因 素敏感，测量结果易受干扰。
应用范围
适用于各种金属材料和构件的 表面残余应力测量。
应变片法
原理
在构件表面粘贴应变片，通过测量应 变片电阻值的变化来计算残余应力。
求解过程
采用合适的数值方法求解边界积分方 程，得到焊接过程中的温度场和应力
场分布。
材料本构关系与热源模拟
定义材料的本构关系和焊接热源模型 ，以模拟焊接过程中的热力学行为。
结果分析与验证
对求解结果进行可视化处理和数据分 析，评估残余应力的分布和影响，并 与实验结果进行对比验证。
残余应力的分类
残余应力的分类众所周知，振动时效在消退和均化残余应力，稳定工件的尺寸精度方面具有特别好的作用，残余应力是什么？残余应力如何分类？本文介绍了什么是残余应力，从应力相互作用或平衡范围，金属学，应力产生的工艺过程，引起应力的工艺机构，物理学，应力存在时间的长短六个方面对残余应力进行了分类。
一、残余应力按按应力相互作用或平衡范围分类：1.第一类残余应力或称宏观应力应力存在的区域具有宏观特征，在物体全部或部分范围内平衡2.其次雷残余应力或称显微应力应力存在的区有具有微观特征，在物体的晶粒范围内平衡。
3.第三类残余应力或称超显微应力，应力在个别晶格内平衡。
二、按金属学分类1.体积应力与宏观应力对应2.组织应力与显微应力对应3.镶嵌应力与超显微应力对应三、按应力产生的工艺过程分类1.铸造残余应力2.焊接残余应力3.压力加工残余应力4.切削加工残余应力5.热处理残余应力6.镀层残余应力7.表面硬化处理残余应力8.校直残余应力等本文主要从引起应力的工艺机构，物理学，应力存在时间的长短对残余应力进行分类。
按引起应力的工艺机构分类 1.结构应力由于结构设计、几何外形和尺寸等缘由而引起的零件残余应力2.工艺应力由于零件制造工艺和使用过程中的某些缘由而引起的残余应力按物理学分类 1.热应力或温度应力由于零件不匀称的冷却或加热过程中温度梯度的影响，使零件产生不匀称的收缩或膨胀所引起的残余应力。
2.相变应力由于金属材料进行相变或集中过程而形成的的应力3.加工应力零件加工时，受切削力的作用所产生的塑性变形而引起的残余应力按应力存在的长短分类 1.临时应力在零件制造工艺过程中发生又随工艺过程的结束而消逝的应力2.永久性应力在零件制作过程的某一阶段产生，但当此过程结束后，一部分应力仍旧保留在零件内部而形成的残余应力。
残余应力测试方法
残余应力测试方法残余应力是指材料或结构在受力作用后，未完全消除的应力。
残余应力的存在可能会对材料的性能和结构的稳定性产生影响，因此对残余应力进行测试和评估是非常重要的。
一、残余应力的形成原因1. 加工过程中的应力：在材料加工过程中，由于变形、切削或焊接等操作，会引入应力，这些应力可能会在材料中残留下来。
2. 热应力：材料在加热和冷却过程中，由于热胀冷缩不均匀，会产生热应力，这些应力也可能会残留下来。
3. 外部载荷：材料受到外部力的作用，如压力、拉力或弯曲力等，会导致材料产生应力，这些应力也可能会残留下来。
二、残余应力的测试方法1. X射线衍射法：通过测量材料中晶格的畸变程度来间接推测残余应力的大小和方向。
2. 中子衍射法：利用中子的衍射特性来分析材料中晶体的结构和应力状态。
3. 应变测量法：通过测量材料中的应变来推断残余应力的大小和分布。
4. 晶格畸变法：通过分析材料中晶格的畸变情况来评估残余应力。
5. 超声波法：利用超声波在材料中传播的速度和衰减情况来测量材料中的应力。
6. 磁性法：利用材料磁性的变化来分析残余应力的分布和大小。
7. 光学法：通过光学显微镜或偏光显微镜观察材料中的应力畸变情况。
8. 拉伸法：将材料进行拉伸测试，通过测量材料的应变和应力来计算残余应力。
三、残余应力测试的应用领域1. 金属材料：在金属材料的制备和加工过程中，残余应力会对材料的强度、韧性和疲劳寿命等性能产生影响，因此对金属材料中的残余应力进行测试是非常重要的。
2. 焊接结构：焊接过程中产生的残余应力可能会导致焊接接头的变形或裂纹，因此对焊接结构中的残余应力进行测试可以评估焊接接头的质量和可靠性。
3. 玻璃材料：玻璃材料在制备和加工过程中可能会产生残余应力，这些应力可能会导致玻璃材料的破裂或变形，因此对玻璃材料中的残余应力进行测试可以评估其稳定性和可靠性。
4. 复合材料：在复合材料的制备和加工过程中，残余应力可能会导致复合材料的层间剥离或破坏，因此对复合材料中的残余应力进行测试可以评估其性能和可靠性。
注塑件 残余应力
注塑件 残余应力注塑件在制造过程中，由于塑料材料的流动性、填充、冷却、固化等过程，会产生残余应力。
残余应力是指在塑料件内部存在的未平衡的应力状态，这种应力可能导致注塑件在后续使用过程中出现变形、开裂等现象。
残余应力的产生主要原因有以下几点：1. 材料流动性：在注塑过程中，塑料熔体在模具中流动，由于分子间摩擦和分子取向的变化，会产生应力。
2. 填充过程：塑料熔体填充模具时，不同部位的填充速度和温度差异会导致内部应力的分布不均匀。
3. 冷却过程：注塑件在冷却过程中，内外部温度差异引起的收缩率不同，从而产生应力。
4. 固化过程：塑料件在固化过程中，分子链的交联会导致应力的产生。
5. 脱模过程：注塑件在脱模时，由于模具与塑料件之间的摩擦力和塑料件自身收缩，会产生应力。
为了降低注塑件的残余应力，可以采取以下措施：1. 选择合适的材料：选择流动性好、收缩率低、耐疲劳的塑料材料。
2. 优化模具设计：模具设计时，考虑塑料件的壁厚、冷却水道、模具材料等因素，以降低应力集中和冷却速度差异。
3. 控制注塑工艺：合理设置注塑参数，如注射速度、压力、保压时间等，以减小残余应力。
4. 采用后处理工艺：例如退火、喷涂、热处理等，以消除或降低残余应力。
5. 检测与评估：采用无损检测方法，如X射线、超声波等，对注塑件的残余应力进行检测和评估，以确保其在使用过程中的安全性。
总之，解决机械制造业残余应力与加工变形问题的企业，具备残余应力检测能力、数字化仿真能力、残余应力与加工变形解决能力、数字化工艺设计能力。
在残余应力与变形控制领域，应开发自主创新的产品、技术及先进的解决方案，尤其在轻型薄壁金属零件变形与控制方面处于世界领先地位。
mises应力 残余应力
mises应力残余应力
Mises应力和残余应力是材料力学中的两个重要概念。
首先，让我们来看看Mises应力。
Mises应力是由奥地利工程师冯·密塞斯（von Mises）提出的一种应力表示方法，用于描述材料在复杂应力状态下的变形行为。
在材料受到复合应力时，不同方向上的应力会相互影响，而Mises应力则是通过综合考虑这些应力分量，得出一个等效应力来描述材料的变形行为。
这种等效应力能够更准确地预测材料的屈服和变形行为，因此在工程设计和材料评估中得到了广泛的应用。
接下来，我们来谈谈残余应力。
残余应力是指材料在经历了外部加载后，去除加载后仍然存在的应力状态。
这种应力状态可能是由于材料的非均匀性、加工过程中的变形、热处理等原因造成的。
残余应力对材料的性能和稳定性都会产生影响，因此在工程实践中需要对残余应力进行充分的考虑和分析。
残余应力的存在可能导致材料的疲劳寿命缩短、裂纹的产生和扩展，因此在材料加工和使用过程中需要采取相应的措施来减轻残余应力的影响。
综上所述，Mises应力和残余应力都是材料力学中非常重要的概念，它们对材料的性能和行为都有着重要的影响。
在工程设计和
材料应用中，需要充分理解和考虑这两个概念，以确保材料在使用过程中能够发挥最佳的性能和稳定性。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
由于残余应力会对构件质量产生诸多不良影响，故相关专业人士对如何消除展开了诸多研究并且系统化提出了消除和控制构件中残余应力的方法。残余应力消除的方法一般有以下几种，各种方法效果也不尽相同。
(１）机械拉伸法消除应力的原理是将淬火后的合金板材,沿轧制方向施加一定量的永久拉伸塑性变形，使拉伸应力与原来的淬火残余应力叠加后发生塑性变形,使残余应力得以缓和与释放。
1.2 残余应力的本质
一般认为残余应力是能量储存不均匀造成的，是材料内部不均匀塑形变形的结果,其本质是晶格畸变,晶格畸变很大程度上是由位错引起的。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，残余应力是由于金属内部组织发生了不均匀的体积变化,形成了不均匀的变形,金属内部需要达到平衡而形成的相互作用。产生不均匀变化的原因可以归结为不均匀的塑性变形、不均匀的温度变化及不均匀的相变。如金属合金在淬火过程中，内部形成很大的残余应力，机械加工后破坏了这些残余应力的平衡状态,所以零件产生变形。当零件刚性较大,形状对称时,变形较小。反之,则变形十分明显。在工件内部实际应力的情况是复杂的,有众多位错的相互作用，还有空位等点缺陷及晶界、亚晶界的影响，所以，实际工件内部残余应力是众多因素导致的晶格畸变的综合结果。
1．３ 残余应力的影响
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大的影响。低碳钢在硝酸盐中的“硝脆”,奥氏体不锈钢在氯离子溶液中的“氯脆”，锅炉钢在碱溶液中的“碱脆”,黄铜在带有氨气气氛中的“氨脆”等等属于应力腐蚀开裂,所有这些应力腐蚀主要是由于残余应力引起的。
3.1无损检测法5
3．1．1钻Βιβλιοθήκη 法5３．1.2环芯法ﻩ６3．1.3剥层法６
３.2无损检测法ﻩ6
3.2.1 X射线衍射法７
3．2.2中子衍射法ﻩ7
3.2.3超声波法ﻩ8
3.２.４磁测法９
1 残余应力
1.１残余应力的定义及分类
构件在进行各种机械工艺加工过程中,如铸造、压力加工、焊接、切削、热处理、装配等，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响,会使工件内部出现不同程度的应力,当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用于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称为残留应力或残余应力。可以说残余应力就是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。残余应力是一种固有应力，按其作用的范围来分，可分为宏观残余应力与微观残余应力等两大类:①宏观残余应力,又称第一残余应力,它是在宏观范围内分布的，它的大小、方向和性质等可用通常的物理的或机械的方法进行测量；②微观残余应力属于显微事业范围内的应力,依其作用的范围细分为两类,即微观结构应力(又称第二类残余应力，它是在晶粒范围内分布的)和晶内亚结构应力（又称为第三类残余应力,它是在一个晶粒内部作用的）。
(2）振动消除残余应力法的工作原理是用便携式强力激振器,使金属结构产生一个或多个振动状态,从而产生如同机械加载时的弹性变形,使零件内某些部位的残余应力与振动载荷叠加后，超过材料的屈服应力引起塑性应变,从而引起内应力的降低和重新分布。
（3）脉动法通过在零件上施加一定载荷和频率，呈周期变化的循环载荷，可以有效释放零件的残余应力。
残余应力分类与评估
———————————————————————————————— 作者:
———————————————————————————————— 日期：
目录
1残余应力１
1.1残余应力的定义及分类１
1.2残余应力的本质ﻩ１
1.３残余应力的影响1
２残余应力的消除方法3
3残余应力的测定与评估ﻩ4
残余应力问题一直受到人们的关注。在机械加工过程中，外力和温度变化引起的不均匀塑性变形是产生残余应力的主要原因。在铸造、锻造、焊接及各类切削加工过程中，工件均会由于受外力和温度的作用而引起残余应力。残余应力的产生、叠加及释放过程造成零件内部应力状况的重新分布,就可能影响零件的尺寸和形位精度以及零部件的装配精度，降低零件的抗疲劳强度、抗应力腐蚀及抗蠕变开裂的能力，最终影响到机器设备的性能与使用寿命。因此，分析残余应力的产生机理、探究有效的残余应力测试方法与改善零件中残余应力状况具有非常重大的意义。事实上，在各工业领域如机械、水利水电、热电核电、航空航天、石油化工、冶金、铁路、交通等行业,残余应力测试技术及其应用研究始终受到高度重视，特别是加人世贸组织以来,为了与国际接轨,残余应力测试已成为许多行业必需的检验和控制手段。
尺寸稳定性是表示材料在热处理与加工完毕后，在工作环境下不受外力作用或在低于弹性极限的应力作用下抵抗永久变形的能力以及在加工过程中保持尺寸不变的能力。一般认为，长期存放过程中金属尺寸的自发变化是以下因素的结果：①材料的相与组织状态的不稳定性;②在各种热加工与冷加工工艺过程中以及在机械装配操作时零件中发生残余内应力的松弛;③Paquiｎ等认为性能的不均匀性即各向异性材料导致材料在加热过程中诱发残余应力的松弛，也是尺寸不稳定性的一个内应。在仪器仪表制造业、航空工业中以及宇航工业，构件的尺寸稳定性性能越来越难以适应现代精密仪表设计的要求。在一个高精度的陀螺和罗经系统中,其任意元件的尺寸不稳定都可能导致其质心的偏移,而质心的偏移本身将会产生一个错误的信号,这会在制导系统中引入误差,直接影响制导精度。在宇航这一应用领域,10－6乃至10-７数量级的微小塑性应变都将成为重要的误差来源。薄壁零件加工过程中,由于变形难以保证加工精度,造成材料的浪费和产品报废,直接影响到企业的生产效率及经济效益。宇航产品为了减轻零件的重量,形状大都为高筋薄壁,因装配的需要,还有部分半环。这类零件,残余应力引起的残余变形的后果是非常严重的。这种或大或小、或拉或压的残余应力即使只产生在很薄的表面层中,但却在很大程度上影响零件的强度、硬度、疲劳强度、抗腐蚀性等，从而进一步影响机械产品的使用寿命。
（４)时效消除法,一般有以下几种。①自然时效,将构件露天放置于室外,经过几个月甚至几年的时间使残余应力发生松弛,从而使构件尺寸精度获得稳定。该方法简单易行，但生产周期长，不易管理,不能及时发现构件内的缺陷，而且只能降低少量的残余应力。②人工热时效,热时效工艺要求比较严格，升温和降温的速度对热时效的效果影响很大。该法是目前生产中应用最广泛、效果最好的一种应力消除方法。但耗能大、成本高且污染严重;同时时效温度的提高,将使金属内部强化相析出过多，必然明显降低强度指标，产生过时效现象,因此，淬火后时效处理通常在较低温度(小于20０～250℃)下进行,因而影响了应力消除效果（仅为1０～３5%）。③振动时效,它是在激振器的周期性外力（激振力）的作用下，使构件共振,进而松弛残余应力,提高构件的松弛刚度,使其尺寸稳定的方法。该法成本低、设备简单、时间比较短，可避免金属零件在热时效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷。已在生产上得到一定的应用。④声波时效法，超声波时效法首先在前苏联诞生,并在发达国家得到推广。该方法起先主要应用于船舶、核潜艇、航空航天等对消除应力非常严格的军事领域。但是由于超声波法只能解决构件表层一定深度内的应力问题，所以相对应用环境较窄,且成本颇高。⑤热冲击时效法,其实质就是将工件进行快速加热，使加热过程中造成的热应力正好与残余应力叠加,超过材料的屈服极限引起塑性变形,从而使原始残余应力很快松弛并稳定化。