第6章材料的残余应力 在实际的生产或生活中，人们发现材料及器件在没有受到外载荷时就无缘无故地坏了。这种现象非常令人费解：没有载荷怎么会坏呢？仔细分析发现，材料及器件内部在制备或者加工过程中就会在其内部产生应力。因此，材料及器件内部的应力状态对其可靠性和使用寿命有重要影响［１］。在这种情况下，需要对材料或零部件的残余应力进行测定和估计，以及采用适当的措施减小残余应力或改进其分布来消除这些工艺缺陷。残余应力的测量技术始于 ２０世纪 ３０年代，发展至今共形成了数十种测量方法。传统的测试方法概括起来大致可分为两大类，即具有一定损伤性的机械测量法和非破坏性无损伤的物理测量法［１～４］。新型材料的大量出现与广泛应用，使得传统的残余应力测量方法面临严峻的挑战，也为现代材料分析测试技术领域带来新的发展契机［５～８］。如何采用适当的措施调整残余应力或改进其分布，减小或消除残余应力对静强度、脆性破坏、抗应力腐蚀开裂和疲劳等材料性能的不利影响，以及加工时或加工后产生尺寸偏差等有害变形，是材料残余应力研究的重要课题［９～１２］。6畅1 残余应力概论6畅1畅1 残余应力的产生6畅1畅1畅1 残余应力的产生原理［9］·861·在外力的作用下，当没有通过物体表面向物体内部传递应力时，在物体内部保持平衡的应力称为固有应力或初始应力。 在无外力作用时，以平衡状态存在于物体内部的应力称为残余应力。残余应力是固有应力的一种，而固有应力也被一些研究者称为内应力。１９１２ 年，由 Ｍａｒｔｅｎｓ和 Ｈｅｙｎ等提出了如图 ６畅１ 所示的弹簧模型说明了残余应力的产生。 如图 ６畅１ 所示的三个弹簧，ａ为自由状态，ｂ为用刚性板将弹簧的上下两端连接起来的状态。 此时，没有从外部施加作用力，而各个弹簧之间却产生了相互的作用力。 如各弹簧的长度和弹性常数分别为 l１ 、l２、l３ 和 c１ 、c２ 、c３ ，刚性板连接后的长度为 l，则各弹簧上产生的力 F１ 、F２ 、F３ 分别为 F１＝c１ （l－l１）、F２ ＝c２ （l－l２ ）、F３ ＝c３（l－l３ ）。 F１ 、F２ 、F３ 即相当于残余应力，并且 F１ ＋F２ ＋F３ ＝０。图 ６畅１ 弹簧模型示意图一般来说，物体残余应力的产生过程可用图 ６畅２ 来说明。 从没有任何应力作用的物体内部R区域内，切取图中所示之正方形 A部分如 ａ所示；接着将切下的 A部分用任意的操作，使之进行体积变化和形状变化而...
