什么是残余应力？西格马

承载构件或结构，当其部分或全部进入塑性或弹塑性状态后，这时若将所承受的载荷全部卸去，在结构或构件内部由于能恢复的弹性变形与不能恢复的塑性变形相互牵制，从而产生自相平衡的内应力，称为残余应力。

通常讲，一个物体，在没有外力和外力矩作用、温度达到平衡、相变已经终止的条件下，其内部仍然存在并自身保持平衡的应力叫做内应力。

按照德国学者马赫劳赫提出的分类方法，内应力分为三类：第Ⅰ类内应力(即残余应力)是存在于材料的较大区域（很多晶粒）内，并在整个物体各个截面保持平衡的内应力。当一个物体的第Ⅰ类内应力平衡和内力矩平衡被破坏时，物体会产生宏观的尺寸变化。第Ⅱ类内应力是存在于较小范围（一个晶粒或晶粒内部的区域）的内应力。 第Ⅱ类内应力是存在于极小范围（几个原子间距）的内应力。

在工程上通常所说的残余应力就是第Ⅰ类内应力。到目前为止，第Ⅰ类内应力的测量技术最为完善，它们对材料性能和构件质量的影响也研究得最为透彻。

除了这样的分类方法以外，工程界也习惯于按产生残余应力的工艺过程来归类和命名，例如铸造应力、焊接应力、热处理应力、磨削应力、喷丸应力等等，而且一般指的都是第Ⅰ类内应力,即残余应力。 机加工和弹化工艺都能引起残余应力，如冷拔、喷丸、弯曲、切削加工、铸、锻、焊和金属热处理等，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，如会引起零件翘曲或扭曲变形，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叠加，而使总应力达到强度极限时，便出现裂纹和断裂。零件的残余应力大部分都可以通过适当的热处理消除。但残余应力也有有益的一面，它可以被控制用来提高零件的疲劳强度和耐磨能力。　

应变 ε，即物体长度 L 的变化率，ε= △ L/L；用微应变 με 表示；1με=0.000001=1×10 -6 。

应力 σ，包括垂直于参考面的正应力及平行于参考面的剪应力，单位为 MPa，1MPa=10 6 N/m 2 =1N/mm 2 。由于物体形状、 参数和外力不均匀， 物体各点应力均不一致。 在弹性范围， 外力解除， 外力所致应力场回零；单向应力下，σ=E*ε，E: 材料弹性模量。

平面应力下，最大主应力 σ 1 ，即剪切应力 τ 为零时所对应的参考线 1 上的代数值较大的正应力 σ；最小 主应力 σ 2 ，即剪切应力 τ 为零时所对应的参考线 2 上的代数值较小的正应力 σ。参考线 1 与参考线 2 垂直，它们的法线方向分别为最大主应力方向与最小主应力方向。

残余应力 σ r ，是物体经过热处理、焊接、铸造、冲压、机加工、外载、结晶成型等过程后，不受外界作用时，由内部相互作用、自身平衡的内部应力场。本文只讨论物体表面残余应力 σ r ，即平面应力假设下的表面双向内应力，它由最大主应力 σ 1 及其方向、最小主应力 σ 2 完整表达。最大主应力方向为 0°应变计顺时针旋转θ 角后所指方向。

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