殘留拉應力

殘留拉應力是殘餘應力的一種，當構件載入到使材料處於或部分處於塑性狀態，再完全卸載後所殘存的拉應力。

基本介紹

• 中文名：殘留拉應力
• 外文名：Residual tensile stress
• 實質：殘餘應力的一種
• 所屬學科：機械工程

殘留拉應力簡介

構件在荷載作用下，當其局部的應力超過屈服極限時，這些部位將出現塑性變形，但構件的其他部位還處於彈性狀態。此時若卸載，則已經出現塑性變形的部位不能恢復其原來的尺寸，必將阻礙彈性部位的恢復變形過程，從而引起構件內部相互作用的應力，這種應力稱為殘餘應力，若這樣應力有使構件呈拉伸狀態的趨勢，則稱之為殘留拉應力。

殘餘應力測試方法

1、盲孔法殘餘應力測量

它的原理是在平衡狀態下的原始應力場上鑽孔 ，以去除一部分具有應力的金屬，而使圓 孔附近部分金屬內的應力得到鬆弛，鑽孔破壞了原來的應力平衡狀態而使應力重新分布，並呈現新 的應力平衡，從而使圓孔附近的金屬發生位移或應變，通過高靈敏度的應變儀，測量鑽孔後的應變 量，就可以計算原應力場的應力值。

殘餘應力檢測儀主要採用盲孔法進行各種材料和結構的殘餘應力分析和研究，還可作為在靜力強度研究中測量結構及材料任意點變形的應力分析儀器。如果配用相應的感測器，也可以測量力、壓力、扭矩、位移和溫度等物理量。它以計算機為中央微處理機，採用高精度測量放大器、數據採集和處理器，測量中無需調零，可直接測出殘餘應力值的大小及方向，實現了殘餘應力測量的自動化。

2、磁測法殘餘應力測量

磁測法殘餘應力檢測法主要是通過磁測法來測定鐵磁材料在內應力的作用下磁導率發生的變化確定殘餘應力的大小和方向。眾所周知，鐵磁材料具有磁疇結構，其磁化方向為易磁化軸向方向，同時具有磁致伸縮性效應，且磁致伸縮係數是各向異性的，在磁場作用下，應力產生磁各向異性。磁導率作為張量與應力張量相似。通過精密感測器和高精度的測量電路，將磁導率變化轉變為電信號，輸出電流（或電壓）值來反映應力值的變化，並通過裝有特定殘餘應力計算機軟體的計算機計算，得出殘餘應力的大小、方向和應力的變化趨勢。

3、X射線衍射法殘餘應力測量

在各種無損測定殘餘應力的方法之中，X射線衍射法被公認為最可靠和最實用的。它原理成熟，方法完善，經歷了七十餘年的進程，在國內外廣泛套用於機械工程和材料科學，取得了卓著成果。
X-射線應力測定儀是一種簡化和實用化的X射線衍射裝置，因而它還有一項附加的功能，即測定鋼中殘餘奧氏體含量。由於它適用於各種實體工件，而且能夠針對同一點以不同的φ角、Ψ角進行測試，以探測織構的影響，這項功能便具備了重要而獨特的用途。

殘餘應力的影響

對結構或構件的影響

殘餘應力是構件還未承受荷載而早已存在構件截面上的初應力，在構件服役過程中，和其他所受荷載引起的工作應力相互疊加，使其產生二次變形和殘餘應力的重新分布，不但會降低結構的剛度和穩定性而且在溫度和介質的共同作用下，還會嚴重影響結構的疲勞強度、抗脆斷能力、抵抗應力腐蝕開裂和高溫蠕變開裂的能力。

對結構剛度的影響

當外載產生的應力δ與結構中某區域的殘餘應力疊加之和達到屈服點f_y時，這一區域的材料就會產生局部塑性變形，喪失了進一步承受外載的能力，造成結構的有效截面積減小，結構的剛度也隨之降低。結構上有縱向和橫向焊縫時（例如工字樑上的肋板焊縫），或經過火焰校正，都可能在較大的截面上產生殘餘拉伸應力，雖然在構件長度上的分布範圍並不太大，但是它們對剛度仍然能有較大的影響。特別是採用大量火焰校正後的焊接梁，在載入時剛度和卸載時的回彈量可能有較明顯的下降，對於尺寸精確度和穩定性要求較高的結構是不容忽視的。

對桿件穩定性的影響

當外載引起的壓應力與殘餘應力中的壓應力疊加之和達到f_y這部分截面就喪失進一步承受外載的能力，繼續承載的桿件的有效截面積減少，桿件剛度降低，穩定承載力降低。殘餘應力對受壓桿件穩定承載力的影響大小，與殘餘應力的分布位置有關。

殘餘應力是一個不穩定的應力狀態，當構件受到外力、溫度等其它因素作用時，由於這些作用應力與殘餘應力的相互作用，使構件某些局部呈現塑性變形，截面內殘餘應力重新分布，當外在因素去除時整個構件都要發生變形。構件在使用過程中，殘餘應力將發生鬆弛，所以殘餘應力影響著構件穩定性。這也是工程部門最關心的問題之一。

殘餘應力對構件變形的影響包括兩個方面：一方面是構件抗靜、動載荷的變形能力；另一方面是載荷卸載後變形恢復的能力。殘餘應力在這兩個方面對構件的影響是很大的，因此人們一直在研究消除此影響的有效方法。