残留応力 — CAE用語解説
残留応力
製造後に残る内部応力
残留応力って、外部から力を加えていないのに部品の中に応力が残っているということですか？
そう、製造プロセス（溶接・鋳造・熱処理・機械加工・プレス成形など）で生じた不均一な温度変化や塑性変形によって、外力がない状態でも内部に残存する応力だよ。引張残留応力は疲労寿命や応力腐食割れに悪影響を与えて、圧縮残留応力はショットピーニングのように疲労寿命改善に使われる。
どんな製造プロセスで残留応力が問題になりますか？
溶接が最も典型的で、溶接熱影響部（HAZ）で引張残留応力が生じてき裂感受性が上がる。鋳造での凝固収縮による内部引張応力、焼き入れ処理での急冷による表面圧縮・内部引張も重要だ。航空機の構造溶接では残留応力評価がANSY（航空機構造設計規格）の要求事項にもなっている。
溶接と熱処理プロセスシミュレーション
残留応力をFEMで計算するにはどうするんですか？
熱-構造連成（Thermo-mechanical）解析が必要だよ。溶接シミュレーションではAbaqu、SYSWELD、Simufactで熱源モデル（Goldak二重楕円熱源など）を使って温度場を計算し、熱ひずみから残留応力を求める。相変態（マルテンサイト変態など）を考慮する高精度モデルでは、変態ひずみ・変態塑性のモデル化が必要だ。
測定と比較するにはどんな方法がありますか？
X線回折（XRD）、中性子回折、ブラインドホール法などで残留応力を測定できる。シミュレーション結果との比較検証が重要で、溶接条件（溶接速度・入熱量）が変わると残留応力分布が大きく変わるから、材料定数と熱源モデルの精度確認が先決だよ。
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