残余应力数值模拟中的难题

残余应力数值模拟中的难题

经常在各种科技期刊和残余应力学术会议上，看到国内残余应力研究者发表的论文，其中，残余应力数值模拟结果和测量结果高度一致。笔者作为国内力学测量领域内有着30多年应力测试经验的专业人士，对此有不同的看法，因此特指出残余应力数值模拟中的难题。

残余应力之所以产生，从力学角度讲，是由于材料加载（包括外力和温度等因素）产生了塑性变形，卸载后，由于材料进入塑性区而恢复不了原始状态，必然留下残余的变形，这部分变形就产生了残余应力。所以机械零部件和构件在制造时，各种加工工艺，比如，焊接、锻压、铸造和各种热处理工艺等，都会使材料进入塑性变形区，从而产生残余应力。在实际生产中，上述加工工艺都会产生足以引起材料相变的高温。因此，残余应力数值模拟在计算力学上是一个典型的热力耦合问题，即热力学和力学的相互迭代非线性有限元计算。这就引出了几个不容易模拟的难题。

1、热力学边界条件的热交换问题

在各种加工工艺中，比如，焊接、锻压、铸造，特别是各种热处理工艺，如何保证数值模拟时材料与周围介质热交换更逼近实际是不容易做到的，只能近似。最典型的是材料淬火的快速冷却，更不容易做到。

2、力学计算涉及的本构关系问题

要计算残余应力就必须知道材料的本构关系，即应力应变关系。

然而，材料的弹性应力应变关系容易确定，但材料在上千度高温时，要精确确定它的热塑性应力应变关系就非常困难，且这种应力应变关系是随温度变化的，要确定不同温度下的热塑性应力应变关系就更难。

3、材料金属学的相变问题

残余应力数值模拟中，热力耦合迭代，材料要经过相变区，材料中每一温度每一部分要引进多少相变变形，是个难题。

4、热力耦合非线性计算数学迭代问题

这是高难度的有限元计算数学问题，国外这个问题研究成果显著，已有静力、动力、流体、热力学综合分析软件MSC.NSATRAN、ANSYS/LS-DYNA、ALGOR、ADINA等，通用材料热处理、成型软件DEFORM-HT，板料成型、钣金成型、冲压成型软件DynaForm、FastForm、AutoForm、PAM-FORM、HyperForm等，铸造模拟软件Procast、Magmasoft等，热处理、焊接和焊接装配软件SYSWELD等。而国内在这方面几乎没有什么高水平的软件。

上述前3个难题决定了任何一个软件对残余应力的数值模拟只能是定性的而不能定量，因为差之毫厘，失之千里，热力学边界条件、材料本构关系和相变变形与实际情况的不符不可能模拟出精确的残余应力值。但可以以残余应力测量值为参考，修正这3个难题中的计算参数，直到模拟的残余应力数值接近测量值，以后就利用这些参数来进行某个方面特定的残余应力数值模拟，而不是通用残余应力数值

模拟，因为每个残余应力模拟问题的参数是不同的。这是残余应力数值模拟结果和测量结果的人工强制一致，而不是国内残余应力研究者发表的论文，不做任何修正，计算的残余应力结果和测量结果就高度一致。至于第4个难题，由于市场经济的原因，我国目前还没有残余应力数值模拟方面的高水平软件。而有些年轻的硕士、博士刚入门编了一个热处理或材料加工、成型方面的小程序，就炫耀效果如何如何，无知者无畏，如果那样的话，国外的软件就不会卖几十万甚至几百万了。

作者，赵怀普，西安交通大学力学系毕业，近三十来，长期从事实验应力分析和有限元模拟计算工作，曾创新性地采用实验力学与计算力学相结合的方法，提出了新的三维残余应力测量方法，其论文在国际期刊《Strain》上发表。在科研成果中，成功地把环芯法残余应力测量方法引进到我国重机行业中，因此获黑龙江省科技进步一等奖。

残余应力数值模拟中的难题

残余应力数值模拟中的难题 经常在各种科技期刊和残余应力学术会议上，看到国内残余应力研究者发表的论文，其中，残余应力数值模拟结果和测量结果高度一致。笔者作为国内力学测量领域内有着30多年应力测试经验的专业人士，对此有不同的看法，因此特指出残余应力数值模拟中的难题。 残余应力之所以产生，从力学角度讲，是由于材料加载（包括外力和温度等因素）产生了塑性变形，卸载后，由于材料进入塑性区而恢复不了原始状态，必然留下残余的变形，这部分变形就产生了残余应力。所以机械零部件和构件在制造时，各种加工工艺，比如，焊接、锻压、铸造和各种热处理工艺等，都会使材料进入塑性变形区，从而产生残余应力。在实际生产中，上述加工工艺都会产生足以引起材料相变的高温。因此，残余应力数值模拟在计算力学上是一个典型的热力耦合问题，即热力学和力学的相互迭代非线性有限元计算。这就引出了几个不容易模拟的难题。 1、热力学边界条件的热交换问题 在各种加工工艺中，比如，焊接、锻压、铸造，特别是各种热处理工艺，如何保证数值模拟时材料与周围介质热交换更逼近实际是不容易做到的，只能近似。最典型的是材料淬火的快速冷却，更不容易做到。 2、力学计算涉及的本构关系问题 要计算残余应力就必须知道材料的本构关系，即应力应变关系。

然而，材料的弹性应力应变关系容易确定，但材料在上千度高温时，要精确确定它的热塑性应力应变关系就非常困难，且这种应力应变关系是随温度变化的，要确定不同温度下的热塑性应力应变关系就更难。 3、材料金属学的相变问题 残余应力数值模拟中，热力耦合迭代，材料要经过相变区，材料中每一温度每一部分要引进多少相变变形，是个难题。 4、热力耦合非线性计算数学迭代问题 这是高难度的有限元计算数学问题，国外这个问题研究成果显著，已有静力、动力、流体、热力学综合分析软件MSC.NSATRAN、ANSYS/LS-DYNA、ALGOR、ADINA等，通用材料热处理、成型软件DEFORM-HT，板料成型、钣金成型、冲压成型软件DynaForm、FastForm、AutoForm、PAM-FORM、HyperForm等，铸造模拟软件Procast、Magmasoft等，热处理、焊接和焊接装配软件SYSWELD等。而国内在这方面几乎没有什么高水平的软件。 上述前3个难题决定了任何一个软件对残余应力的数值模拟只能是定性的而不能定量，因为差之毫厘，失之千里，热力学边界条件、材料本构关系和相变变形与实际情况的不符不可能模拟出精确的残余应力值。但可以以残余应力测量值为参考，修正这3个难题中的计算参数，直到模拟的残余应力数值接近测量值，以后就利用这些参数来进行某个方面特定的残余应力数值模拟，而不是通用残余应力数值

内应力的产生及消除方法

内应力的产生及消除 所谓应力,是指单位面积里物体所受的力,它强调的是物体内部的受力状况;一般物体在受到外力作用下,其内部就会产生抵抗外力的应力;物体在不受外力作用的情况下,内部固有的应力叫内应力,它是由于物体内部各部分发生不均匀的塑性变形而产生的.按照内应力作用的范围,可将它分为三类:(一)第一类内应力(宏观内应力),即由于材料各部分变形不均匀而造成的宏观范围内的内应力;(二)第二类内应力(微观内应力),即物体的各晶粒或亚晶粒(自然界中,绝大多数固体物质都是晶体)之间不均匀的变形而产生的晶粒或亚晶粒间的内应力;(三)第三类内应力(晶格畸变应力),即由于晶格畸变,使晶体中一部分原子偏离其平衡位置而造成的内应力,它是变形物体(被破坏物体)中最主要的内应力. 塑料内应力是指在塑料熔融加工过程中由于受到大分子链的取向和冷却收缩等因素而响而产生的一种内在应力.内应力的实质为大分子链在熔融加工过程中形成的不平衡构象,这种不平衡构象在冷却固化时不能立即恢复到与环境条件相适应的平衡构象,这种不平衡构象的实质为一种可逆的高弹形变,而冻结的高弹形变平时以位能形式贮存在塑料制品中,在适宜的条件下,这种被迫的不稳定的构象将向自由的稳定的构象转化,位能转变为动能而释放.当大分子链间的作用力和相互缠结力承受不住这种动能时,内应力平衡即遭到破坏,塑料制品就会产生应力开裂及翘曲变形等现象. 几乎所有塑料制品都会不同程度地存在内应力,尤其是塑料注射制品的内应力更为明显.内应力的存在不仅使塑料制品在贮存和使用过程中出现翘曲变形和开裂,也影响塑料制品的力学性能,光学性能,电学性能及外观质量.为此,必须找出内应力产生的原因及消除内应力的办法,最大程度地降低塑料制品内部的应力,并使残余内应力在塑料制品上尽可能均匀地分布,避免产生应力集中现象,从而改善塑料制品的力学1热学等性能. 塑料内应力产生的原因 产生内应力的原因有很多,如塑料熔体在加工过程中受到较强的剪切作用,加工中存在的取向与结晶作用,熔体各部位冷却速度极难做到均匀一致,熔体塑化不均匀,制品脱模困难等,都会引发内应力的产生.依引起内应力的原因不同,可将内应力分成如下几类. (1)取向内应力 取向内应力是塑料熔体在流动充模和保压补料过程中,大分子链沿流动方向排列

q235厚板焊接残余应力数值模拟本科毕设论文

毕业设计（论文）题目Q235厚板焊接残余应力数值模拟 学生姓名刘武超学号2008106107 专业材料成型及控制工程班级20081061 指导教师 评阅教师 完成日期2012 年 5 月15 日

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密□，在_________年解密后适用本授权书。 2、不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：年月日 导师签名：年月日

目录 摘要 (4) 前言 (5) 1绪论 (6) 1.1课题来源和意义 (6) 1.2国内外研究现状 (7) 1.3研究的主要内容 (5) 2模拟分析过程 (7) 2.1有限元分析软件ANSYS简介 (7) 2.2有限元模型的建立 (7) 2.3加载计算 (11) 3模拟结果及分析 (15) 3.1温度场模拟 (15) 3.2应力场的模拟 (17) 4全文总结与展望 (22) 4.1全文总结 (22) 4.2未来的展望 (22) 致谢 (24) 参考文献 (25) 附录 (27)

残余应力产生及消除方法.

残余应力产生及消除方法 船舶零件加工后,其表面层都存在残余应力。残余压应力可提高零件表面的耐磨性和受拉应力时的疲劳强度,残余拉应力的作用正好相反。若拉应力值超过零件材料的疲劳强度极限时,则使零件表面产生裂纹,加速零件的损坏。引起残余应力的原因有以下三个方面: ( 一冷塑性变形引起的残余应力 在切削力作用下,已加工表面受到强烈的冷塑性变形,其中以刀具后刀面对已加工表面的挤压和摩擦产生的塑性变形最为突出,此时基体金属受到影响而处于弹性变形状态。切削力除去后,基体金属趋向恢复,但受到已产生塑性变形的表面层的限制,恢复不到原状,因而在表面层产生残余压应力。 ( 二热塑性变形引起的残余应力 零件加工表面在切削热作用下产生热膨胀,此时基体金属温度较低,因此表层金属产生热压应力。当切削过程结束时,表面温度下降较快,故收缩变形大于里层,由于表层变形受到基体金属的限制,故而产生残余拉应力。切削温度越高,热塑性变形越大,残余拉应力也越大,有时甚至产生裂纹。磨削时产生的热塑性变形比较明显。 ( 三金相组织变化引起的残余应力 切削时产生的高温会引表面层的金相组织变化。不同的金相组织有不同的密度,表面层金相组织变化的结果造成了体积的变化。表面层体积膨胀时,因为受到基体的限制,产生了压应力;反之,则产生拉应力。 总之,残余应力即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,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,经淬火或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。当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加,而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

几种不同工艺对焊接残余应力影响的数值模拟研究

浙江工业大学硕士学位论文（专业型） 目录 摘要...........................................................................................................I ABSTRACT ............................................................................................. III 目录..........................................................................................................V 第1章绪论.. (1) 1.1课题背景与意义 (1) 1.2焊接残余应力数值模拟的研究与发展 (2) 1.2.1 焊接数值模拟的介绍 (2) 1.2.2 国内外焊接残余应力数值模拟的研究与发展 (3) 1.3调整焊接应力场的工艺方法 (5) 1.3.1 TIG熔修 (5) 1.3.2 机械加工 (5) 1.3.3 局部加热 (5) 1.3.4 喷丸 (6) 1.3.5 锤击法 (6) 1.3.6 超声冲击法 (6) 1.4课题的主要研究内容 (8) 第2章结构有限元建模 (11) 2.1基本尺寸介绍 (11) 2.2有限元模型建立 (12) 2.3材料参数设定 (14) 2.4边界条件施加 (16) 2.5本章小结 (18) 第3章焊接顺序和焊缝尺寸对残余应力的影响情况 (19) 3.1小焊缝外形、顺序焊应力分析 (19) 3.2小焊缝外形、交替焊应力分析 (21) 3.3大焊缝外形、顺序焊应力分析 (23) 3.4本章小结 (26) 第4章TIG熔修焊趾后残余应力的变化 (27) 4.1TIG熔修后残余应力的变化 (27) 4.2大焊缝外形、顺序焊、TIG熔修的情况 (30) 4.3本章小结 (32) 第5章超声冲击处理后残余应力的变化 (33) V 万方数据

残余应力的产生与消除

残余应力的产生、释放与测量 一、残余应力的产生 产生残余应力的原因归结为三类：一是不均匀的塑性变形;二是不均匀的温度变化；三是不均匀的相变。 根据产生残余应力机理的不同，可将其分为热应力和组织应力，车轴热处理后的残余应力是热应力与组织应力的综合作用结果。由于构件内、外部温度不均，引起材料的收缩与膨胀而产生的应力称为“热应力”。热应力是由于快速冷却时工件截面温差造成的，淬火冷却速度与工件截面尺寸共同决定了热应力的大小。在相同冷却介质的情况下，淬火加热温度越高、截面尺寸越大、钢材热导率和线膨胀系数越大，均能导致淬火件内外温差增大，热应力越大。而加工过程中，由工件内外组织转变的时刻不同多引起的内应力成为“组织应力”。淬火时，表层材料先于内部开始马氏体的相变，并引起体积膨胀，由于表层的体积膨胀受到未转变的心部的牵制，于是在试样表层产生压应力，心部产生拉应力。随着冷却的进行，心部体积膨胀有收到表层的阻碍。随着心部马氏体相变的体积效应逐渐增大，在某个瞬间组织应力状态暂时为零后，式样的组织应力发生反向，最终形成表层为拉应力而心部为压应力的应力状态。组织应力大小与钢的含碳量、淬火件尺寸、在马氏体转变温度范围内的冷却速度、钢的导热性及淬透性、加热温度、保温时间等因素有关。 二、残余应力的释放 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自然时效 把工件置于室外，经气候、温度的反复变化，在反复温度应力作用下，使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力仅下降2%～10%，但工件的松弛刚度得到了较大地提高，因而工件的尺寸稳定性很好。但由于时效时间过长，一般不采用。 ②热时效 热时效是传统的时效方法，利用热处理中的退火技术，将工件加热到500～650℃进行较长时间的保温后再缓慢冷却至室温。在热作用下通过原子扩散及塑性变形使内应力消除。从理论上讲采用热时效，只要退火温度和时间适宜，应力可以完全消除。但在实际生产中通常可以消除残余应力的70～80%，但是它有工件材料表面氧化、硬度及机械性能下降等缺陷。 ③振动时效 振动时效是使工件在激振器所施加的周期性外力作用下产生共振，松弛残余应力，获得尺寸精度稳定性。也就是在机械的作用下，使构件产生局部的塑性变形，从而使残余应力得到释放，以达到降低和调整残余应力的目的。其特点是处理时间短、适用范围广、能源消耗少、设备投资小，操作简便，因此振动时效在70年代从发达国家引进后

热应力数值模拟分析实例详解

热应力数值模拟分析实例详解 实例1——圆筒热应力分析 1、问题描述 有一短圆筒，其横截面结构如图7.24所示，筒内避温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表7.4所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。 表7.4 材料性能参数 弹性模量E GPa 泊松比ν 线膨胀系数α ℃-1 导热系数K W/(m?℃) 220 0.28 1.3e-6 70 图8.24 圆筒横截面结果示意图 2、三维建模 应用Pro-E软件对固体计算域进行三维建模，实体如图7.25所示： 图7.25 短圆筒三维实体图 3、网格划分 采用采用ANSYS有限元分析软件对计算域进行网格划分，得到如图7.26所示的六面体网格单元。流场的网格单元数为5760，节点数为7392。

图7.26 短圆筒网格图 4、模拟计算结果及分析 采用ANSYS有限元分析软件稳态计算，设置短圆筒导热系数为70W/(m?℃)，弹性模量为220Gpa，泊松比为0.28ν，线膨胀系数为1.3e-6℃-1。筒内壁加载温度载荷为200K，筒外壁加载温度载荷为20K。求解时选取Thermal Energy传热模型。求解方法采用高精度求解，计算收敛残差为10-4。 图7.27为圆筒内的温度场分布等值线图； 图7.28为圆筒轴截面上的温度场分布等值线图； 图7.29为圆筒轴截面上的径向应力场分布等值线图； 图7.30为圆筒轴截面上的轴向应力场分布等值线图； 图7.31为圆筒轴截面上的周向应力场分布等值线图； 图7.32为圆筒轴截面上的等效应力场分布等值线图。数据文件及结果文件在heat stress文件夹内。 图7.27 圆筒内的温度场分布等值线图

残余应力检测方法概述

第1 页 共 2页 残余应力检测方法概述 目前国际上普遍使用的残余应力检测方法种类十分繁多，为便于分类，人们往往根据测试过程中被测样品的破坏与否将测试方法分为：应力松弛法（样品将被破坏）和无损检测法（样品不被破坏）两类。以下我们简单归纳了现阶段较为常用的一些残余应力检测方法。 一、常见的残余应力检测方法： 1. 应力松弛法 (1) 盲孔法 该方法最早由Mather 于1934年提出，其基本原理就是通过孔附近的应变变化，用弹性力学来分析小孔位置的应力，孔的位置和尺寸会影响最终的应力数值。由于这类设备操作起来非常简单，近年来被广泛使用。 (2) 切条法 Ralakoutsky 在1888年提出了采用该方法测量材料的残余应力。在使用这种方法时需要沿特定方向将试件切出一条，然后通过测量试件切割位置的应变来计算残余应力。 (3) 剥层法 该方法是通过物理或化学的方法去除试件的 一层并测量其去除后的曲率，根据测定的试件表面曲率变化就能计算出残余应力。该方法常用于形状简单的试件，且测试过程快捷。 2. 无损检测方法 (1) X 射线衍射法 X 射线方法是根据测量试件的晶体面间距变化来确定试件的应变，进而通过弹性力学方程推导计算得到残余应力，目前最被广泛使用的是Machearauch 于1961提出的sin2ψ方法。日本最早研制成功了基于该方法的X 射线残余应力分析仪，为该方法的推广做出了巨大的贡献。 (2) 中子衍射法。 中子衍射方法的原理和X 射线方法本质上是一样的，都是根据材料的晶体面间距变化来求得应变，并根据弹性力学方程计算残余应力。但中子散射能量更高，可以穿透的深度更大，当然中子衍射的成本也是最昂贵的。 (3) 超声波法。 该方法的物理和实验依据是S.Oka 于1940年发现的声双折射现象，通过测定声折射所导致的声速和频谱变化反推出作用在试件上的应力。试件的晶体颗粒及取向会影响数据的准确度，尽管超声波方法也属无损检测方法，但其仍需进一步完善。 二、最新的残余应力检测方法 cos α方法早在1978年就由S.Taira 等人提出， 但真正应用于残余应力测试设备中还是近几年的事情。日本Pulstec 公司于2012年研制出了世界上首款基于cos α方法的X 射线残余应力分析仪，图1是设备图片（型号：μ-x360n ）。

12-焊接残余应力与变形数值模拟技术研究现状及发展趋势

焊接残余应力与变形数值模拟技术研究现状及发展 趋势 李玉博，魏艳红，占小红 （南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京210016） 摘要：本文综述了国内外学者应用数值模拟技术对焊接残余应力与变形的研究，归纳了研究者们应用这一技术对焊接工艺优化的成果，以及对数值模拟技术精度与效率的提高做出的贡献，认为数值模拟技术在预测和分析焊接应力与变形方面已经取得了长足进步，但是许多实际问题仍悬而未决，并对该技术的发展做了展望。 关键字：焊接残余应力与变形；数值模拟技术 0 前言 焊接残余应力与变形是降低焊接构件性能及可靠性的重要因素之一，因此，控制焊接残余应力与变形对于工业设计及生产有至关重要的作用。焊接残余应力的产生主要是由于焊件在焊接过程中的局部加热或快速冷却致使其受力不均匀所导致的[1]。若在焊接前准确预测焊接残余应力的大小及其分布，将对其起到有效的控制作用。随着计算机技术的发展，借助数值模拟预测焊接残余应力与变形的技术在国内外得到了广泛的发展。这不仅可以避免实验的盲目性并且还可以减少研究成本。 1 数值模拟对焊接工艺的优化 许多因素可导致焊接残余应力与变形，除了材料的性质、焊工的技术水平等因素外，焊接工艺对焊接应力的形成也至关重要。因此，许多科研工作者通过优化焊接工艺的方式来控制焊接残余应力。 1.1模拟夹具对焊接残余应力与变形的影响 Ma N [2]用数值模拟的方法定性地分析了夹具的存在对焊接残余应力与变形的影响；并且通过改变模型中夹具的受力方向及夹具位置，计算出相应的焊接应力。结果表明，模型中夹具的使用可以有效地减少焊后变形，且在夹具上施加三维应力后效果更为明显。Javadi Y [3]应用有限元方法模拟304L 不锈钢板的焊接应力与变形，通过增减夹具的数量及改变夹具的位置，来比较不同情况下焊接应力的分布及焊后变形。与Ma N不同的是，Javadi Y通过超声波测应力法证明有限元结果的正确性，结果表明，夹具的使用增加了焊接纵向残余应力，同时，可大幅度减少焊后变形。 1.2 模拟焊缝形状对焊接残余应力与变形的影响 Velaga S K [4]对比分析了同一个圆筒上环焊缝与对接焊缝的焊接特性。在耦合热-力-冶金有限元分析的基础上，模拟了环焊缝与对接焊缝的残余应力分布。结果表明，环焊缝与对接焊缝的焊接温度场、焊接残余应力分布有明显的区别。模拟对接焊缝得到的内外表面的环形应力分别为225MPa和180MPa，而环焊缝内表面的轴向拉伸应力为60MPa，外表面的压缩应力为80MPa。因此，在焊接圆筒容器时选择环焊缝较对接焊缝更有利于增加圆筒的使用寿命。Zhao L[5]应用有限元方法模拟T92和 S30432两种不同碳钢的焊接残余应力，结果显示，通过减少坡口的尺寸，T92碳钢侧的焊接环向和轴向应力的最大值显著降低，而S30432一侧的变化并不明显。 1.3 模拟焊前及焊后处理对焊接残余应力与变形的影响 对焊件进行焊前或焊后处理也是控制焊接变形的方法之一。Aalami-Aleagha M E [6]采用多层多道环状模型，耦合热-力分析方法，分析了不同的预热温度对焊接应力及变形的影响。结果表明，在焊缝区预热对焊接过程中的温度分布有着较大影响，而没有改变焊接残余应力的分布情况。Li Y [7]模拟不同热库强度对脉冲激光焊接残余应力与变形的影响。Mochizuki M[8]应用冷却装置对T型接头焊缝区域进行冷却，模拟结果显示，在不使用点焊及无外力限制的条件下，角变形可大大减少。Richards D G[9]应用数值模拟技术分析了液体二氧化碳冷却系统对AA 2024-T3平板搅拌摩擦焊接引起的焊接残余应力的影响，分析结果表明，冷却装置离热源的

消除残余应力的方法

消除残余应力的方法(金属)——时效处理 消除残余应力的方法(金属)——时效处理 金属工件(铸件、锻件、焊接件)在冷热加工过程中都会产生残余应力，残余应力值高者（单位为Pa）在屈服极限附近构件中的残余应力大多数表现出很大的有害作用；如降低构件的实际强度、降低疲劳极限，造成应力腐蚀和脆性断裂，由于残余应力的松弛，使零件产生变形，大大的影响了构件的尺寸精度。因此降低和消除工件的残余应力就十分必要了，特别是在航空航天、船舶、铁路及工矿生产等应用的，由残余应力引起的疲劳失效更不容忽视。 目前的针对残余应力的不同处理方法有：自然时效方法和人工时效方法（包括热处理时效、敲击时效、振动时效、超声冲击时效） 1、自然时效——适合：热应力（铸造锻造过程中产生的残余应力）冷应力（机械加工过程中产生的残余应力）焊接应力（焊接过程中产生的应力） 自然时效是最古老的时效方法。它是把构件露天放置于室外，依靠大自然的力量，经过几个月至几年的风吹、日晒、雨淋和季节的温度变化，给构件多次造成反复的温度应力。再温度应力形成的过载下，促使残余应力发生松弛而使尺寸精度获得稳定。 自然时效降低的残余应力不大，但对工件尺寸稳定性很好，原因是工件经过长时间的放置，石墨尖端及其他线缺陷尖端附近产生应力集中，发生了塑性变形，松弛了应力，同时也强化了这部分基体，于是该处的松弛刚度也提高了，增加了这部分材质的抗变形能力，自然时效降低了少量残余应力，却提高了构件的松弛刚度，对构件的尺寸稳定性较好，方法简单易行，但生产周期长.占用场地大，不易管理，不能及时发现构件内的缺陷，已逐渐被淘汰。 2、热处理时效——适合：热应力（铸造锻造过程中产生的残余应力）冷应力（机械加工过程中产生的残余应力）焊接应力（焊接过程中产生的应力） 热时效处理是传统的消除残余应力方法。它是将构件由室温缓慢，均匀加热至550℃左右，保温4-8小时，再严格控制降温速度至150℃以下出炉。 热时效工艺要求是严格的，如要求炉内温差不大于±25℃，升温速度不大于50℃/小时，降温速度不大于20℃/小时。炉内最高温度不许超过570℃，保温时间也不易过长，如果温度高于570℃，保温时间过长，会引起石墨化，构件强度降低。如果升温速度过快，构件在升温中薄壁处升温速度比厚壁处快的多，构件各部分的温差急剧增大，会造成附加温度应力。如果附加应力与构件本身的残余应力叠加超过强度极限，就会造成构件开裂。 热时效如果降温不当，会使时效效果大为降低，甚至产生与原残余应力相同的温度应力（二次应力、应力叠加），并残留在构件中，从而破坏了已取得的热

残余应力的产生和时效方法

残余应力的产生和时效方法 金属构件（铸件.锻件.焊接件）在冷热加工过程中产生残余应力，高者在屈服极限附近构件中的残余应力大多数表现出很大的有害作用；如降低构件的实际强度.降低疲劳极限.造成应力腐蚀和脆性断裂，由于残余应力的松弛，使零件产生变形，大大的影响了构件的尺寸精度。因此降低和消除构件的残余应力就十分必要了。 一.残余应力的产生 1.铸造应力的产生 （1）热应力 铸件各部分的薄厚是不一样的，如机床床身导轨部分很厚，侧壁.筋板部分较薄，其横向端面如图一所示。铸后，薄壁部分冷却速度快收缩大，而厚壁部分，冷却速度慢，收缩的小。薄壁部分的收缩受到厚壁部分的阻碍，所以薄壁部分受拉力，厚壁部分受压力。因纵向收缩差大，因而产生的拉压也大。这时铸件的温度高，薄厚壁都处于塑性状态，其压应力使厚壁部分变粗，拉应力使薄壁部分变薄，拉压应力，随塑性变形而消失。 铸件逐渐冷却，当薄壁部分进入弹性状态而厚壁部分仍处于塑性时，压应力使厚壁部分产生塑性变形，继续变粗，而薄壁部分只是弹性拉长，这时拉压应力随厚壁部分变粗而消失。铸件仍继续冷却，当薄厚壁部分进入弹性区时，由于厚壁部分温度高，收缩量大。但薄壁部分阻止厚壁部分收缩，故薄壁受压应力，厚壁受拉应力。应力方向发生

了变化。这种作用一直持续到室温，结果在常温下厚壁部分受拉应力，薄壁部分受压应力。这个应力是由于各部分薄厚不同。冷却速度不同，塑性变形不均匀而产生的，叫热应力。 在导轨或侧壁的同一个截面内，表层与内心部，由于冷却快慢不同，也产生相互平衡拉压的应力，用类似与上述方法分析，可知在室温下表层受压应力，心部受拉应力，并且截面越大，应力越大，此应力也叫热应力。 (2)相变应力 常用的铸铁含碳量在2.8-3.5%，属于亚共晶铸铁，由结晶过程可知①：厚壁部分在1153℃共晶结晶时，析出共晶石墨，产生体积膨胀，薄壁部分阻碍其膨张，厚壁部分受压应力，薄壁部分受拉应力，薄辟部分受拉应力。厚壁部分因温度高，降温速度快，收缩快，所以厚壁逐渐变为受拉应力。而薄壁与其相反。在共析（738℃）前的收缩中，薄厚壁均处于朔形状态，应力虽然不段产生?但又不断被塑性变性所松弛，应力并不大。当降到738℃时，铸铁发生共析转变，由面心立方，变为体心立方结构(既γ-Fe变为a-Fe），比容由0.124cm3/g增大到0.127cm3/g2。同时有共析石墨析出，使厚壁部分伸入，产生压应力。上述的两种应力，是在1153℃和738℃两次相变而产生的，叫相变应力。相变应力与冷却过程中产生的热应力方向相反?相变应力被热应力抵消。在共析转变以后，不在产生相变些力，因此铸件由与薄厚冷却速度不同所形成的热应力起去起主要作用。

不锈钢切削表面残余应力的模拟

机械设计与制造第１０期二！！二坚竺生！！翌堕！！鲤苎坚！！！生！！矍一．：兰竺二：！：！竺旦文章编号：１∞ｌ一３９９７（２００７）ｔ“００８６—０２ 不锈钢切削表面残余应力的模拟 李建楠肖林京郭培燕（山东科技大学机电学院，青岛２６６５１０） ＭＯｄｅ¨ｉｎｇ０ｆｔｈｅｒｅｓｉｄｕａＩｓｔｒｅｓｓｅｓｌｎｄｕｃｅｄｉｎｃｕｔｔｌｎｇＯｆＡｌＳｌ３１６ＬｓｔｅｅＩ ｕＪｉａｎ－ｎａｎ，ＸＩＡ０“ｒｌ－ｊｉｎｇ，ＧＵＯＰｅｉ－ｙａｌｌ （ＣｏＵｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｊｃａＩａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎ画ｎｅｅｒｉ”ｇ，ｓＤｕｓＴ＇Ｑｉ“ｇｄａｏ２６６５１０，ｃｈｉ眦） 【摘要】建立了正交切削有限元模型，结合热弹塑性理论，利用有限元软件的Ｌ３铲ｍｇｅ显式程序模拟了切削过程，研究了切削速度、切削厚度、刀具几何参数对ＡＩｓＩ３１６Ｌ钢已加工表面残余应力 分布规律的影响，并对比实验结果验证了模型的可行性。 关键词：切削：残余应力；模拟 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｎｏ疗’即加ｆｃｍｔ打增爪。如ｆ厶ｐ形ｓｅｍｅ吐吼ｄ舭ｃ以ｆ如ｇｐｒ∞ｅｓｓ括５ｉｍ妣ｄ６ｙ口正一ｎ沁ｅ如，船眦ｓ斫似ｎｒｅ６珊ｅｄｏｎ妇咖蒯ｏｚ∞ｆ如＿ｐＺ甜廊ＦＥＭＩｋｏ∥田以印如￡ｅｄ厶骧阳，ｌ萨，聊￡ｂ正卯”ｄ缸ｆｍ眦如琳矿Ｍｓ埘“以５仃ｅｓｓｅｓ讥，聊＾ｉ酣ｄｚｎ妒ｒ矿ＡＩＳＩ３１６Ｌｓ把ｅＺ帆Ｄ６￡面耻正ｚｋ够ｃ拈矿ｃ““嘶印ｅｅ出，ｃ以ｔ嘶如尸池∞ｄ细Ｄｆ俨。胱竹ｏｎ陀ｓ】［ｄ础ｊ￡陀５ｓ如￡ｍ眦幻瑚州泐ｅｓｆ培疵ｄ加ｆ＾蠡Ｐ叩ｅＬｃｏ”甲０ｒｉ蜡ｔｏ８华ｅ＾榭毗越ｒｅｓｕｉ拈，ｔｈｃｍｔ￡愕ｎ协出ｆ如扣ｎｓ曲ｆｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｕｔｔｉｎｇ；Ｒ皓ｉｄ∞Ｉｓｔｒ嘲；Ｓｉｍｌｌｌａｔｅ 中图分类号：ＴＧ５０１．１文献标识码：Ａ ｌ々Ｉ百 机械零件在切削加工后，表面会产生较太的残余应力。残余拉应力会降低零件在运行中承载疲劳、蠕变和应力腐蚀裂变的能力，也造成加工后的尺寸不稳定性ｍ。所以，预测和控制残余应力是非常必要的。 奥氏体不锈钢的机械性能和抗腐蚀能力比较高，是化学工业和核电站常用的材料。但是．该材料导热性低、对应变率敏感、机械硬化严重．所以属于难加工材料。另外，由于低导热性引起切削区热量集中．导致表面残余应力较高。由于形成切削残泉应力的原理很复杂，到目前为止，对残余应力的研究以实验法为ｊ？。只有少量文献采用有限元法研究普通碳钢的切削残余应力日，而在不锈钢方面的研究少之又少。本文提出了不锈钢的正交切削有限元模型，通过模拟研究了巳加工表面残余应力的变化规律。２残余应力的有限元模拟过程 ２．１工件材料特性 工件材料为ＡＩｓＩ３１６Ｌ．其等轴晶粒粒度为５０“ｍ，硬度１７０Ｈｖ。为了模拟工件材料的热弹塑特性．采用方程（１）所示的Ｊｏｈｎ一∞ｎ－ｃ００ｋ本构方程ｍ： 棚坩，卜ｎ剧×Ｈ乏暮卜】（１）式中：日一塑性应变： Ｐ一塑性应变率（一）ｏ 旷初始塑性应变率（１一）； 卜工件温度： Ｌ、ｋ，工件材料的熔化温度、环境温度（２０℃）。 ?来稿日期：２００６－１２＿２７ ＾、Ｂ、ｃ、ｎ、ｍ一屈服强度（ＭＰａ）、硬化模量（ＭＰａ）、应变率相关系数、硬化系数、热软化系数。这些材料常数分别为５１４，５１４，０．５０８．００４＂．０．５３３０ ２．２有限元模型 切削过程有限元模型见图１。工件看作热弹塑性体，划分为３０００个等参矩形单元；刀具看作刚性体，划分为１０００个单元。采用平面应变热力耦合分析。采用简单的常剪切模型。取摩擦系数为０８。 为了节省和存储空间，需要合理的分配网格密度．所以本文定义了网格密度窗口，如图１所示的１－４四个黑框。切削过程中．在局部区域内材料易产生高温、大变形，随着刀尖前端材料的变形，单元变形或扭曲，使计算结果严重失真或计算不收敛。所以本文采用网格重划分技术，以提高计算和模拟的精度。 图ｌ正交切自口有限元模型 Ｆｉ昏ｌ Ｆｉ耐把ｄ㈣ｎｔｒ∞ｄｅＩｆ打ｍｔＩ－哪ｐｎ止ｃｕｔＩｉ。唔 ２．３分离准则 在Ａ１５Ｉ ３１６Ｌ的切削过程中．拉应力对材料断裂的影响很 　万方数据

焊接接头残余应力的计算机模拟

机械 ２００４年第３１卷第１０期 收稿日期 ０５ 朱援祥 1,2 ot±± 武汉 430072ot±± 武汉 430074) 摘要 采用有限元分析软件ANSYS ?￡?a?á1?oí êμ?é?á1?±è????o? 关键词 有限元 TG407 文献标识码 ０３１６（２００４）１０ ０４　 Computer simulation of residual stress in welding joint WANG Qin 1 WANG Li-li 1 (1.School of Dynamic and Mechanical Engineer, Wuhan University, Wuhan 430072, China; 2.School of Material Science and Engineering, HUST, Wuhan 430074, China) Abstract: In this article, using the finite element method (FEM), with the FEA software-ANSYS, the magnitude and distribution of residual stress in welding joint is simulated, which results are agreement with the experimental results. The method has important useful values. Key words: residual stress computer simulation 随着我国压力容器桥梁等工业的迅速 发展 由焊接而产生的残余应力和残余变形是导致焊接裂 纹和接头强度下降的重要因素保证结构的安全使用 传统的残余应力研 究方法多是破坏性的研究方法 大量的实验也会增加生产成本 利用计算机模拟技术来模拟焊接接 头残余应力的分布情况 本文以某水电站引水压力钢管所用钢种为实验 材料 应用大型有限元分析软件 ANSYS [2] 对其焊接过程中产生的残余应力进行了计 算机模拟 证明该 方法具有重要的理论和实际应用价值 这是一种含C 是一种具 有较好焊接性的钢种 ６５０ｍｍ 试板两端采用拘束机架固定焊接试板 试验用焊条为MK .J607RH o??ó1¤ò?2?êyè?±í1所示 载荷实际上是因为温 度变化而引起的 不考虑应力场对温度场的耦合作用 [3] è?oó???2ì?èè·???μ?μ?μ??? oé2?μ????è×÷?aì???oéê??óμ??á11ó|á|·????Dè￥ í¨

一文看懂注塑零件的残余应力-精

注塑制品的残余应力图解
熔融塑料填充流动过程中的剪切应力是造成注塑件内应力的原因。如果这种剪切应 力过大或分布不均匀，会造成尺寸变化、分子链断裂、局部残余应力过大、制品强度下降。
由于制品透明，可以通过透光程度的不同来观察残余应力的大小和分布。图片内是 透明件的透光照片。暗处是应力比较高的地带。为了放大透光度反差，人们使用简单仪器来 进行观察。
另外，注塑技术人员们也经常利用这种现象来解决自己的难题。比如，他们在试模 时先使用透明材料试验，然后观察试验制品的残余应力情况，据此判断流动情况，判断模具 是否合理。改进后再用正常的塑料来进一步调试，直至模具验收合格。
透明注塑件因其优异的性价比得到越来越广泛的应用，但是残余应力的存在严重的 影响了它的使用性能，特别是机械性能和光学性能。
在注塑过程中，复杂的热力过程形成了残余应力，通常认为残余应力包括热应力与 流动应力两部分。
用光弹法测量了一系列从薄到厚的聚碳酸酯 PC 平板注塑件，发现随着产品厚度的增 加，残余应力的分布形态呈现出规律性的变化： 1．当平板厚度小于某一数值时，残余应力 沿熔体充填方向排布发展； 2．当厚度大于某一数值时，残余应力环绕产品形状排布发展； 3．当厚度介于两个临界值之间时，残余应力的分布同时存在上述两种趋势； 4．残余应力 分布形态发生变化时的厚度临界值与注塑材料有关，即残余应力的分布形态和构成是由产品 的材料和厚度决定的。
对于薄壁制品，主要为流动残余应力；对于厚壁制品，主要为热残余应力。
通过测量聚碳酸酯 PC 和聚苯乙烯 PS 平板不同成型条件下，制品上靠近浇口、产品中 部和充填末端三个典型位置的透光率和雾度，发现： 1．透光率基本上是材料固有的性能， 与成型条件和产品上的位置关系不大。 三种常用透明塑料透光率的大小顺序：PMMA＞PS＞ PC． 2．雾度受到成型条件和位置的显著影响，但透明注塑件光学性能的大小随成型条件的

残余应力的产生

残余应力的产生

残余应力的产生、影响及防控措施 崔曙东 摘要：对钢结构而言，残余应力的存在，是影响结构脆断、疲劳破损和结构稳定性降低的重要因素。本文试图对残余应力的产生、对结构的影响和如何有效降低残余应力及影响作简单分析。关键词：残余应力脆断疲劳破损刚度稳定性 1引言 钢结构自问世以来，由于其具备的强度高、自重轻、抗震性能好、、施工速度快、地基基础费用省、结构占用面积少、工业化程度高等一系列优点，钢结构在建筑领域被广泛应用。但是，也不能否认，钢结构还存在着许多缺陷和隐患，例如稳定性从一开始就一直是钢结构中无法回避的问题，还有随着钢结构建筑的深入发展，脆断和疲劳破损等问题也越来越突出。而上述的诸多问题，无一不与构件内部的残余应力存在密切联系，本文试图从实际出发，探讨残余应力的产生过程、对结构或构件的影响以及如何有效降低残余应力及影响。

多，计算残余应力又极为复杂，因此给残余应力的研究带来了许多困难，对焊接结构的残余应力研究就显得尤为重要。[1] 2.1.1沿焊缝轴线方向的纵向焊接残余应力 施焊时，焊缝附近温度最高，在焊缝区以外，温度则急剧下降。焊缝区受热而纵向膨胀，但这种膨胀因变形的平截面规律（变形前的平截面，变形后仍保持平面）而受到其相邻较低温度区的约束，使焊缝区产生纵向压应力。由于钢材在高温时呈塑性状态（称为热塑状态），因而高温区这种压应力使焊缝区的钢材产生塑性压缩变形，这种塑性变形当温度下降、压应力消失时是不能恢复的。在焊后的冷却过程中，如假设焊缝区金属能自由变形，冷却后钢材因已有塑性变形而不能恢复其原来长度。事实上由于焊缝区与其邻近钢材是连续的，焊缝区因冷却产生的收缩变形又因平截面变形的平截面规律受到邻近低温区的钢材的约束，使焊缝区产生拉应力。这个拉应力当焊件完全冷却后仍残留在焊缝区的钢材内，故名焊接残余应力，对于低合金钢材焊接后的残余应力常可达到其屈服点。又因截面上残余应力必须自相平衡，焊缝区以外的钢材截面内必然有残

振动时效及几种消除应力方法简介

振动时效介绍 一、振动时效简介 振动时效处理是工程材料常用的一种消除其内部残余内应力的方法，是通过振动，使工件内部残余的内应力和附加的振动应力的矢量和达到超过材料屈服强度的时候，使材料发生微量的塑性变形，从而使材料内部的内应力得以松弛和减轻。 振动时效的实质是通过振动的形式给工件施加一个动应力，当动应力与工件本身的残余应力叠加后，达到或超过材料的微观屈服极限时，工件就会发生微观或宏观的局部、整体的弹性塑性变形，同时降低并均化工件内部的残余应力，最终达到防止工件变形与开裂，稳定工件尺寸与几何精度的目的。它是将一个具有偏心重块的电机系统（称做激振器）安放在构件上，并将构件用橡皮垫等弹性物体支承，通过控制器起动电机并调节其转速，使构件处于共振状态。约经20~30分钟的振动处理即可达到调整残余应力的目的，一般累计振动时间不应超过40分钟。 由于部分用户对振动时效的机理不甚了解，盲目使用一些简易的（所谓“全自动振动时效”）振动时效设备对产品进行时效。这种完全不针对工件个性、仅按照振动时效设备生产者预置的参数，对各种工件均采用一种或几种工艺参数进行时效的方法，会导致被时效工件出现下列几种情况： 1、假时效：工件未发生共振或振幅很小或者虽然振幅较大，但工件整体做刚体振动或摆动，“全自动振动时效设备”也能按照预置的程序打印或输出各种时效参数、曲线，误导操作者和工艺员判断，这样工件根本没有达到时效的效果； 2、误时效：工件虽然产生共振，但是发生的振型与工件所需要的振型不一致，动应力没有加到工件需去应力的部位，这样不能使工件达到预期的时效目的，影响时效的效果; 3、过时效：由于不针对工件个性采用合理的时效参数，完全照盲目预置的参数，对工件进行时效，可能会因为共振过于强烈或振幅过大，导致工件内部的缺陷（裂纹、夹渣、气孔、缩松等）继续扩大、撕裂，甚至报废的严重后果。 二、几种去应力方法简单对比： 1、热时效，通过加热炉进行处理，不仅消耗大量的能源、占用场地和较大的设备资金投入，而且消除残余应力的效果也因炉况的不同有很大的差异，其对残余应力的消除率一般在40～80%之间； 2、振动时效虽然使用方便，但其应力消除率一般在30～50%。使用时将工件放置到胶皮垫上或以木块垫起工件，使工件悬空，然后将激振电机安放并固定到工件上，调整电机激振频率与工件自身频率一致，产生共振，一般1小时以内可完成去应力处理； 3、豪克能消除应力是最彻底消除焊接应力的方法，它不仅使残余应力的消除率达到80～100%，而且还能产生理想的压应力，这对焊接构件的抗疲劳性能和抗应力腐蚀性能也大有益处。但毫克能处理是使用冲击枪对准焊缝，沿焊缝扫一遍，对于车架等焊缝较多的构件来说处理起来较麻烦，时间较长，劳动强度较大。

残余应力检测方法概述.

第1 页共 2页 残余应力检测方法概述 目前国际上普遍使用的残余应力检测方法种类十分繁多,为便于分类,人们往往根据测试过程中被测样品的破坏与否将测试方法分为:应力松弛法(样品将被破坏和无损检测法(样品不被破坏两类。以下我们简单归纳了现阶段较为常用的一些残余应力检测方法。 一、常见的残余应力检测方法: 1. 应力松弛法 (1 盲孔法 该方法最早由Mather 于1934年提出,其基本原理就是通过孔附近的应变变化,用弹性力学来分析小孔位置的应力,孔的位置和尺寸会影响最终的应力数值。由于这类设备操作起来非常简单,近年来被广泛使用。 (2 切条法 Ralakoutsky 在1888年提出了采用该方法测量材料的残余应力。在使用这种方法时需要沿特定方向将试件切出一条,然后通过测量试件切割位置的应变来计算残余应力。 (3 剥层法 该方法是通过物理或化学的方法去除试件的 一层并测量其去除后的曲率,根据测定的试件表面曲率变化就能计算出残余应力。该方法常用于形状简单的试件,且测试过程快捷。 2. 无损检测方法 (1 X 射线衍射法 X 射线方法是根据测量试件的晶体面间距变化来确定试件的应变,进而通过弹性力学方程推导计算得到残余应力,目前最被广泛使用的是Machearauch 于1961提

出的sin2ψ方法。日本最早研制成功了基于该方法的X 射线残余应力分析仪,为该方法的推广做出了巨大的贡献。 (2 中子衍射法。 中子衍射方法的原理和X 射线方法本质上是一样的,都是根据材料的晶体面间距变化来求得应变,并根据弹性力学方程计算残余应力。但中子散射能量更高,可以穿透的深度更大,当然中子衍射的成本也是最昂贵的。 (3 超声波法。 该方法的物理和实验依据是S.Oka 于1940年发现的声双折射现象,通过测定声折射所导致的声速和频谱变化反推出作用在试件上的应力。试件的晶体颗粒及取向会影响数据的准确度,尽管超声波方法也属无损检测方法,但其仍需进一步完善。二、最新的残余应力检测方法 cos α方法早在1978年就由S.Taira 等人提出, 但真正应用于残余应力测试设备中还是近几年的事情。日本Pulstec 公司于2012年研制出了世界上首款基于cos α方法的X 射线残余应力分析仪,图1是设备图片(型号:μ-x360n 。 第2 页共 2页

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θ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ζθ和ηθ为方向Sθ上正应力和剪切应力： 含剪切应力的应力方程和曲线