内应力分析
内部应力分析
內部應力改善方法--產品設計變更
• 產品設計變更 Ø 孔位的調整:產品上孔的形状、數量與位置都会对内应力集中程度产生很大的影響。 u 避免在產品上開列菱形、矩形、方形或多边形孔。 u 應盡可能開設橢圓或圆形孔。 u 椭圆形孔的效果最好，應使椭圆形孔的长轴平行于外力作用方向，以分散内应力。 u 若為圓孔:則使相鄰两圆孔的中心连接线平行于外力作用方向，以分散内应力。
內部應力的檢測方式 (三)
• 強酸加速檢測:
2 4 2 4 Ø 將 製 品 放 入 冰 醋 酸 ( g l a c i a l a c e t i c a c i d C H O ) 或 四 氯 化 碳 ( C C l ) … 等 強 酸 溶 液 中 五 分 鐘 ， 取 出
後以清水充分沖洗乾淨後觀察；
內部應力原因分析與對策
內部應力的基本描述
• 內部應力(Inner stress):為高分子聚合物(塑膠)中的大分子團，在加工過程中(熔融、流動與固化)形成不
C o n f o r m a t i o n 平 衡 構 象 (
)。這種不平衡構象為一種可逆的高彈形變，而固化的高彈形變，平
時以位能形式貯存在塑膠製品中，在適宜的條件下，這種被固化的不穩定的構象將向自由穩定的構象轉 化，此時位能轉變為動能，此動能即為內部應力。
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实验一(铸造内应力的形成及测量分析)
实验一 铸造内应力的形成及测量分析
1、实验目的
1）了解坩锅炉熔炼原理及工艺过程。
2）测定应力框产生的铸造热应力。
3）分析应力框产生内应力的原因、应力对铸件质量的影响。
2、实验原理
根据“T”形杆冷却过程中形成“粗杆受拉、细杆受压”的原理，设计如图2所示的应力框。
合金浇铸、冷却后，会在应力框的粗、细杆中形成不同性质的应力。
将粗杆锯断，将使应力约束条件释放，致使应力杆的尺寸发生变化。
测量应力杆的尺寸变化大小，根据虎克定律，便可计算出应力框中应力杆的大小。
应力框尺寸如图2所示，采用潮模砂造型，在电阻坩锅炉中熔炼ZL101合金，浇铸应力框。
3、实验步骤及方法
1）手工造型应力框铸型。
2）坩锅电阻炉中熔炼ZL101 合金。
3）浇铸应力框。
4）冷却后清理。
5）将中间的粗杆打两点标志，测量两点距离L 0，然后将中间杆锯断，再测
量两点的距离L 1。
6）根据测量结果，计算杆中的铸造应力。
σ= E ε = E（L 1 – L 0）/ L ( N/mm 2)
式中： E --- 弹性模量，ZL101 为：72.4×103 N/mm 2；
L ---- 中间杆的长度 mm。
4、实验报告
1）画出应力框图，标出细杆和粗杆中存在的铸造应力性质（拉应力为+,压应力为-）。
2）测量、计算铸造应力。
测量结果：L 0、L 1、L；计算结果：σ
3）分析应力框产生的原因和铸造应力对铸件质量的影响。
图2铸造应力框。
单片机原理实验 内应力
单片机原理实验内应力内应力是指材料内部的应力状态，通常由外部加载产生。
在单片机原理实验中，我们经常会遇到内应力的影响，尤其是在材料选择、设计和制造过程中。
本文将探讨内应力对单片机原理实验的影响，并提出相应的解决方案。
内应力可能会导致材料的变形和破坏。
在单片机原理实验中，我们经常需要使用各种材料来制作电路板、外壳等零部件。
如果材料内部存在较大的内应力，当受到外部加载时，材料可能会发生变形或破裂，从而影响实验结果的准确性和可靠性。
因此，在选择材料时，需要考虑其内应力状态，尽量选择内应力较小的材料，或者采取相应的处理措施来降低内应力。
内应力还可能影响材料的机械性能。
在单片机原理实验中，我们经常需要使用材料来制作传感器、执行器等功能部件。
如果材料内部存在较大的内应力，可能会导致材料的硬度、强度等机械性能下降，从而影响实验设备的性能和稳定性。
因此，在设计和制造零部件时，需要充分考虑材料的内应力状态，确保材料具有良好的机械性能。
内应力还可能影响材料的电气性能。
在单片机原理实验中，我们经常需要使用材料来制作电子元件、线路板等电路部件。
如果材料内部存在较大的内应力，可能会导致电子元件的电阻、电容等电气性能发生变化，从而影响实验结果的准确性和可靠性。
因此，在设计和制造电路部件时，需要充分考虑材料的内应力状态，确保电路部件具有良好的电气性能。
内应力是单片机原理实验中需要重点关注的一个问题。
在材料选择、设计和制造过程中，需要充分考虑材料的内应力状态，采取相应的措施来降低内应力的影响。
只有这样，才能保证实验设备的性能和稳定性，确保实验结果的准确性和可靠性。
希望本文能为单片机原理实验中内应力问题的解决提供一些参考和帮助。
注塑制品内应力分析及控制
注塑制品内应力分析及控制注塑制品是指利用注塑成型技术制造的各类塑料产品。
在注塑制品的生产过程中，由于塑料的热胀冷缩以及流动性等特性，会产生内应力。
这些内应力如果不得到合理的控制和处理，将会导致注塑制品的变形、开裂等问题。
因此，注塑制品内应力的分析和控制非常重要。
首先，注塑制品内应力的分析应从材料的选择和设计的角度来考虑。
不同的塑料材料在注塑成型过程中，由于热胀冷缩的差异以及流动性的不同，会产生不同程度的内应力。
因此，在选择塑料材料时，应考虑其热胀冷缩系数和流动性等因素。
同时，在产品设计中，应尽量避免或减少注塑制品的复杂形状和薄壁结构，这样可以减少塑料在注射和冷却过程中的内应力。
其次，注塑制品内应力的控制主要通过优化注塑工艺参数来实现。
注塑工艺参数包括注射压力、注射速度、保压时间和冷却时间等。
在注射过程中，应控制注射压力和速度，避免塑料在注射过程中产生过大的内应力。
在保压过程中，应根据具体产品的形状和尺寸，适当延长保压时间，以提高塑料的流动性和均匀性，减少内应力。
在冷却过程中，应控制冷却时间和冷却速度，避免快速冷却引起的内应力。
此外，还可以采用一些工艺改进的方法来控制注塑制品内应力。
例如，合理设计模具结构，采用多点定位和多级冷却等方式，可以均匀分布注塑制品内应力，减少应力集中。
另外，还可以采用预应力或热处理等后处理方式来消除或降低注塑制品的内应力。
总之，注塑制品内应力的分析和控制是注塑制品生产过程中非常重要的问题。
通过选择合适的塑料材料、优化注塑工艺参数以及合理设计模具结构等方式，可以有效减少注塑制品的内应力，并提高产品的质量和性能。
应力分析原理
应力分析原理
应力分析原理是一种用于研究物体受力情况的方法。
应力是物体内部受到的力的分布情况，通常以单位面积上的力来描述。
应力分析原理主要包括以下几个方面。
首先，应力分析原理基于弹性力学理论。
弹性力学是研究物体在受到外力作用后，形状和尺寸发生变化的性质和规律。
它假设物体在受力后会恢复到原来的形状和尺寸，同时也假设物体的变形与受力有一定的数学关系。
其次，应力分析原理基于克希荷夫定律。
克希荷夫定律是弹性力学的基本定律之一，它描述了物体内部各点的应力与应变之间的关系。
根据克希荷夫定律，应力与应变成正比例，比例系数为物体的弹性模量。
再次，应力分析原理基于受力平衡条件。
根据受力平衡的原理，物体各点受到的合力和合力矩为零。
通过分析物体的受力平衡条件，可以得到物体内部各点的应力分布情况。
最后，应力分析原理还基于材料的力学性质。
不同的材料具有不同的力学性质，例如刚度、强度、韧性等。
根据材料的力学性质，可以预测物体在受力后的变形情况，并进一步分析应力的分布。
综上所述，应力分析原理是基于弹性力学、克希荷夫定律、受力平衡条件和材料的力学性质等基本原理，通过对物体受力情况进行分析，揭示物体内部应力的分布情况。
了解材料力学中的应力分析方法
了解材料力学中的应力分析方法材料力学是研究材料行为及其力学特性的学科，应力分析方法是其中的重要内容之一。
在材料力学中，应力是描述物体内部受力情况的力学参数，而应力分析方法则是利用各种数学和物理手段来确定物体内部应力分布的过程。
本文将介绍几种常见的应力分析方法，并探讨其适用范围和基本原理。
1. 等效应力法等效应力法是最常用的应力分析方法之一，其基本原理是将复杂的三维应力状态简化为等效应力的一维问题。
等效应力通常使用了一些特定的理论假设，如弹性体材料的等效应力假设和受力高度假设。
通过计算等效应力，可以得出物体是否会发生破裂或变形的结论，从而指导工程实践。
2. 应力分量法应力分量法是应力分析的另一种常见方法，它将应力状态表示为各个坐标轴方向上的应力分量。
常见的应力分量包括正应力、切应力和主应力等。
通过计算和分析这些应力分量，可以更直观地理解和描述物体的内部应力状态，准确判断材料的强度和破坏机制。
3. 应变能法应变能法是一种基于能量原理的应力分析方法。
它假定物体的变形过程是一种能量的转化过程，通过计算和分析物体在外力作用下的应变能量和应力能量的变化情况，可以得出物体的内部应力分布。
应变能法在分析复杂的弹性和塑性变形问题时具有一定的优势，被广泛应用于材料力学和结构力学领域。
4. 有限元法有限元法是一种基于数值计算的应力分析方法，它通过将物体划分为无数个小区域，将连续的应力分析问题转化为离散的微分方程组。
通过求解这个方程组，可以得到物体各个小区域的应力状态，进而得出整体的应力分布情况。
有限元法具有计算精度高、适用范围广的优点，是现代材料力学研究中最常用的方法之一。
综上所述，材料力学中的应力分析方法有很多种，每种方法都有其独特的优点和适用范围。
在实际工程中，应根据具体情况选择合适的方法，结合实际问题进行应力分析，为材料设计和工程实践提供科学的依据。
通过深入了解和掌握应力分析方法，可以更好地解决材料力学中的问题，推动科学技术的进步和发展。
内应力测试标准 小木虫
内应力测试标准小木虫内应力测试是一种常见的试验方法，用于评估材料在外力作用下的变形性能。
内应力是指材料内部的力，可以是由于不均匀温度分布、塑性变形、热膨胀等原因导致的应力。
内应力测试的目的是通过测量材料内部的应力分布情况，研究材料的力学性能和变形机理，为材料的设计和应用提供参考依据。
内应力测试一般包括以下几个方面的内容：应力测试方法、测试样品制备、应力测量装置、试验数据处理等。
下面将对这些方面进行详细介绍。
首先是应力测试方法。
内应力测试的常见方法有拉伸、压缩、弯曲、剪切等。
拉伸是最常见的方法，它可以测量材料的抗拉强度、屈服强度、延伸率等指标。
压缩测试可以测量材料的抗压强度和材料的压缩性能。
弯曲测试可以测量材料的弯曲强度和刚度等指标。
剪切测试可以测量材料的剪切强度和剪切模量等。
其次是测试样品制备。
测试样品的制备是内应力测试的重要环节。
样品的几何形状和尺寸应符合相应的标准。
通常情况下，样品的长度应大于5倍直径或边长，并且边缘应光滑无明显缺陷。
样品的制备方法有冲压、锯切、机械加工等多种方式，具体的选择应根据材料的性质和测试的要求来确定。
然后是应力测量装置。
应力测量装置是内应力测试的关键设备，它用于测量样品在加载过程中的应力变化情况。
常见的应力测量装置有应变计、电阻式应力计、光栅应变片等。
应变计可以采集样品表面的应变信息，并通过数据处理得到样品的应力。
电阻式应力计是一种通过测量电阻变化来间接推导出应力的方法。
光栅应变片是一种通过测量光波的干涉来推导应变和应力的方法。
根据测试要求的不同，选择合适的应力测量装置是十分关键的。
最后是试验数据处理。
试验数据处理是内应力测试结果的重要环节。
在试验过程中，应力-应变曲线可以通过力和变形的测量得到。
应力-应变曲线可以提供材料的力学性能参数，如屈服强度、断裂强度、杨氏模量等。
此外，利用应力-应变曲线还可以推导出材料的应力松弛曲线、差动应变曲线等，进一步揭示材料的性能和变形机理。
应力状态分析
物体在受力时，其边界上的应力受到外部约 束条件的影响。通过边界条件可以确定物体 边界上的应力分布。
02
CATALOGUE
应力状态分析方法
解析法
解析法是一种基于数学解析的应力状 态分析方法，通过建立物体的平衡方 程和边界条件，求解出物体内部的应 力分布。
解析法适用于简单形状和规则边界条 件的物体，计算精度高，但适用范围 有限。
复合材料性能评估
复合材料在航空航天工程中广泛应用，其性能与应力状态 密切相关。通过应力状态分析，可以评估复合材料的性能 特点，为材料选择和设计提供依据。
土木工程
桥梁和建筑物的承载能力评估
在土木工程中，桥梁和建筑物需要承受各种载荷，包括静载和动载。通过应力状态分析， 可以评估其承载能力，确保结构安全。
人工智能在应力状态分析中的应用
人工智能算法
利用人工智能算法，如深度学习、神 经网络等，对大量数据进行训练和学 习，自动识别和预测应力状态。
数据驱动模型
基于数据驱动模型，通过采集实验数 据和模拟数据，建立应力状态分析的 预测模型，提高分析精度和效率。
多物理场耦合的应力状态分析
多物理场耦合
考虑多种物理场之间的相互作用，如流场、温度场、电磁场等，建立多物理场 耦合的应力状态分析模型。
应力状态分析
contents
目录
• 应力状态分析概述 • 应力状态分析方法 • 材料应力状态分析 • 结构应力状态分析 • 应力状态分析的工程应用 • 应力状态分析的未来发展
01
CATALOGUE
应力状态分析概述
定义与概念
定义
应力状态分析是指对物体在复杂受力 情况下各点的应力大小、方向及主应 力的确定。
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内应力分析与控制震德技术中心吴培新在注塑加工过程中，注塑制品存在着一个内在的质量问题-------内应力。
内应力的来源与所使用的塑料原料种类、注塑机的类型与塑化系统的结构、模具的结构及精度、塑料制品的结构、注塑成型的工艺参数的设定及控制、生产环境及操作者的状态等有关。
其中任何一项出现问题，都将影响到制品的质量。
而且，由于制品的表面质量是内在质量的反映，所以，凡是能引起制品内在质量的因素，都能同时引起制品的表面质量及其他质量问题，如引起制品的开裂、银纹、翘曲、变形、力学强度降低，甚至失去使用价值等问题。
由于注塑过程中，除了引起制品翘曲变形的内应力可以直观感觉到外，其它质量问题不但用肉眼看不到，而且在短时间内也没有表露出来。
所以注塑加工现场的工程人员对于这个问题一般不很重视，但是却可能存在着很大的质量隐患。
所以，本文针对内应力这个内在的质量问题展开分析，并提出控制的一些方法，希望对现场控制产品质量的工程人员有所帮助和启示。
一、内应力的种类及产生原因注塑制品的内应力主要有以下四种：1、温度应力：是制品冷却时温度不均产生的应力。
当熔体进入温度较低的模具时，靠近模腔壁的熔体迅速地冷却而固化。
由于凝固的聚合物层导热性很差，因而在制品厚度方向上产生较大的温度梯度。
先凝固的外层熔体要阻止后凝固的内层熔体的收缩，结果在外层产生压应力（收缩应力），内层产生拉应力（取向应力）。
另方面，因制品壁厚不均匀，冷却速度不一致，从而产生冷却温度不均现象。
2、取向应力：是制品内部大分子取向产生的应力。
对于线形树脂和纤维增强的塑料，在加工中最容易产生取向应力。
其结果，沿着流动方向的分子取向程度最大，在速冷条件下，如果被拉直的分子链来不及松弛，则在该方向上产生了取向应力。
3、收缩应力：注塑过程中，塑料分子本身的平衡状态受到破坏，并产生不平衡体积时的应力。
如结晶塑料的晶区与非晶区界面因收缩不均产生的内应力。
4、脱模应力：脱模时制品变形产生的应力。
这主要是模具加工精度较差和设计不合理造成，如脱模斜度不够，顶针数量不够或顶出不平衡等。
以上2至4类应力可以归纳为成型应力，是成型过程产生的应力。
一般注塑制品中同时都存在几种应力，制品的破坏，是由几种应力共同作用的结果。
二、内应力对注塑制品的影响制品中内应力的存在会严重影响到制品的力学性能和使用性能。
它的存在将降低了制品对光、热以及腐蚀介质的抵抗能力。
同时，制品在使用过程中将出现裂纹、不规则变形和翘曲，制品表面泛白、浑浊、光学性能下降等结果。
三、内应力的控制当注塑制品内的残余应力太高或应力分布不均时，塑件表面会产生变形、泛白、裂纹及破裂等现象。
一般情况下，浇口附近最容易发生由残余应力引起的裂纹及破裂，因为浇口处的成型压力相对其他部位要高一些，尤其是主流道为直接浇口时更是如此。
当塑件的壁厚不均匀，熔料的冷却速度不一致时，由于厚薄部位的收缩量不同，也产生残余应力。
在速冷条件下，取向的分子链不能很快松驰会导致聚合物内应力的形成，等等。
由此，可以通过减少制品残余应力来防止或减小注塑制品产生以上缺陷。
减少残余应力的主要方法是改进浇注系统的结构形式和调整好塑件的成型条件。
1、减小取向应力的影响a、提高熔体温度，使剪切应力降低，分子取向度减小；另一方面会使应力松驰加快，促使解取向能力加强。
但有的材料成形温度范围窄，提高料温时可能出现分解，从而影响制品的抗衡力，会使制品开裂。
b、尽量减短保压时间，以减小取向应力。
c、减小注射压力或保压压力，会使取向应力减小。
因担心制品出现收缩凹陷或试图取得更好表面光泽而将注射压力、速度等调得过大，会造成制品内部产生大的应变。
结果，有些制品很快就开裂了，有些制品在存放一段时间后慢慢出现微裂或裂纹。
当中心浇口出现以浇口为中心的放射状开裂时，应考虑调节浇口尺寸，使型腔内的压力减少，减小取向应力。
有可能时，重新安排浇口的位置和形式，也可以增设必要的辅助浇口。
d、提高模具温度，使解取向作用加强。
虽然高的模温可减少聚合物的分子取向，但是，却使结晶性塑料结晶度提高，或因模温过高使塑料难以固化而造成脱模困难，所以要注意。
相反，如果模温太低，塑料过早冷却，熔接缝有可能产生，制品容易开裂。
e、有可能的话增加制品壁厚，使取向应力降低。
2、减小温度应力的影响如果在浇口封闭前维持模腔压力，有利于提高制品密度，消除冷却温度应力，但是在浇口附近会产生较大的应力集中。
设法降低浇口处温度，延长缓冷时间，有利于改善制品的应力不均，使制品的机械性能均一。
熔体温度的提高，不论对结晶型聚合物还是非结晶型聚合物都会导致拉伸强度的降低。
对非结晶型聚合物，拉伸强度会因浇口的位置而异。
当浇口与充模方向一致时，拉伸强度随熔体温度提高而降低；当浇口与充模方向垂直时，拉伸强度随熔体温度的提高而增加。
3、减小收缩应力的影响塑料制品如果在模内散热不好，冷热不均（尤其对大制品而言），可能会使制品出现收缩差异，产生较大的内应力，而使制品开裂。
因此，模具的冷却水道的布置应尽量平衡。
制品设计上，避免厚度相差很大的部位。
因厚度相差很大的部位必然是冷却速度不一，冷却过程的收缩和结晶情形的不同，力学状态也不同。
4、减小脱模应力的影响a、调整顶出装置，如顶板、顶杆等，使之平衡动作，避免作用力先后不一或倾斜歪曲顶出。
b、型腔、型芯要有适当的脱模斜度。
当斜度不够时，脱模困难，制品受的机械应力过大而开裂。
c、型腔脱模面要有足够的光洁度，甚至连抛光方向也应尽量与料流方向一致。
型芯部分的加强筋、柱子等应有足够的光洁度，使脱模顺畅。
d、采用小浇口，保压时间短，内应力小；用大流道，则注射压力低，注射时间短，内应力小；浇口设计在制品的厚壁处，则注射压力和保压压力低，内应力小。
e、调节好开模速度，避免高速拨模。
f、调节好模板的平行度及平稳性。
g、在模面上施加适当的脱模剂，使脱模顺畅。
h、制品在模内冷却时间太短，未充分硬化即开模顶出，可能在顶杆周围开裂。
但冷却时间过长，制品包贴在模芯上，顶出时由于脱模光洁度不够或斜度不够而发生顶白现象。
i、深腔制品应设置适当的进气孔道，以免脱模时产生过大的负压，影响塑料制品与模具的分离。
必要时，通过进气孔道向模具和制品之间吹入压缩空气有助于脱模。
5、制品设计上应注意问题：避免出现应力开裂的尖角、缺口或厚度相差很大的部位。
尖角和缺口是内应力集中的地方，而厚度相差很大的部位必然是冷却速度不一，冷却过程的收缩和结晶也不同。
总之，制品形状越复杂，尺寸愈大，愈容易开裂。
当塑料制品中带有金属嵌件时，嵌件最好是铜或铝，而且加工前应先预热嵌件。
由于金属和塑料的收缩率不一致，塑料的收缩率较大，而金属的收缩率相对较小，通过预热方法减小收缩差异。
对于聚苯乙烯，一般不宜设置金属嵌件。
制品设计上应注意平滑、缓过渡和匀称。
在制品造型上，应尽量采用曲面、双曲面，既美观又可减小变形。
6、材料方面的控制某些刚性大的塑料（如PC、PS塑料），本身不适合作脱模有困难的制品，而且容易出现应力开裂，所以应注意。
一般非结晶型树脂比结晶型树脂容易产生残余应力而引起裂纹，也应注意。
塑料再生次数太多或再生料含量太高，或料在料筒内加热时间太长，都会促使制品脆裂。
塑料分子量每成形一次，当降到某一数值下，其耐冲击强度急剧降低而变脆。
有些塑料在受潮状况下加热，会与水汽发生催化裂化反应，形成的降解产物和气态物质，除了影响制品外观外，还使制品发生大的应变，较小的残余应力就可以使出模后的制品产生开裂。
有些塑料本身质量不佳，例如分子量分布大，塑料受到污染，也是造成开裂的原因。
7、设备方面要注意的问题a、注塑机塑化容量要适中。
即使是相熔性良好的塑料，如果在机筒内未完全均匀混合，也即塑化不充分，成型的制品在受力时将使应变集中在未充分混合的部位而脆裂。
相反，若注塑机塑化容量太大，塑料在料筒中受剪切作用时间过长，也会老化降解，使制品变脆。
b、注塑机料筒内有障碍物，促使塑料降解而使制品变脆。
四、制品应力开裂检查和退火处理1、诊断方法：（1）、溶剂法：a. PS 在室温下用煤油处理。
b. 对PC、PS、聚砜、PPO等注塑制品，用四氯化硅溶剂处理，20秒内制品开裂，说明内应力大。
c. POM 30%盐酸溶液中浸30min。
d. ABS 浸入冰醋酸溶液中。
e. PP 在80℃下，用63%（重量百分比）的三氧化铬与水的混合物处理。
f. HDPE 在80℃下，用2%的洗涤剂水溶液处理。
（2）、仪器法：用偏振光方法可以检测制品的内应力。
2、热处理方法：有开裂倾向的塑料制品，可以用退火热处理方法来消除制品内应力，从而减小裂纹的生成。
POM 空气浴退火：140～150℃×壁厚每增5mm即增加40～60min；油浴退火：140～150℃×壁厚每增5mm即增加20～30min。
PBT 120℃×1～2h 。
PC 110～135℃×时间根据厚度定。
聚砜 170～180℃×2～4h 。
PMMA 70～80℃×4h 。
ABS 70～80℃×2～4h 。
PS 介质为热空气或热水：60～70℃×30～60min（厚度≤6mm）；70～80℃×120～300min（厚度≤6mm）。