残留应力 — CAE用语解说

分类: 用语集 | 2026-01-15
CAE visualization for residual stress term - technical simulation diagram

🧑‍🎓

老师,残留应力经常在结构分析报告中出现,但外部不加力的情况下为什么会有应力呢?我想象不出来…


🎓

举个身边的例子,想象一下淬火后的玻璃。表面是压缩应力,内部是拉伸的残留应力。所以表面的小划痕不容易破裂,但如果有很深的划痕就会一下子碎裂成粉末。这就是残留应力的效果。


🧑‍🎓

哦,这就是钢化玻璃那种情况啊!那么金属部件也会发生同样的事情吗?


🎓

是的。焊接后的钢板在焊接线附近会产生降伏应力水平的拉伸残留应力。这会成为疲劳裂纹的起点,或者引起应力腐蚀开裂,所以在设计上是相当棘手的。


🧑‍🎓

FEM分析残留应力时,和普通的静力学分析有什么不同呢?


🎓

最大的区别是需要与热应力分析相配合,并使用弹塑性材料模型。当温度升高时降伏并产生塑性变形的部分,冷却时不会完全恢复。那个"无法恢复的部分"就变成了残留应力。


🧑‍🎓

我明白了,如果只用弹性模型的话冷却后就会完全恢复。那么没有塑性就不会出现残留应力?


🎓

完全正确。所以需要考虑温度依赖的屈服强度、线膨胀系数,如果材料有相变的话还要考虑相变膨胀。在实际工程中,材料数据的精度会大大影响计算结果。


🧑‍🎓

有什么办法可以减少残留应力吗?


🎓

应力释放退火(PWHT)是最代表性的方法。焊接后对整体进行加热,然后缓慢冷却,通过蠕变变形来缓解残留应力。在CAE中,我们有时会对PWHT工序进行仿真,预测能够释放多少应力。


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