Residual Stress
残留应力
制造后残留的内部应力
残留应力是指没有外部作用力,但部件内部仍然存在应力的情况吗?
是的,由制造工艺(焊接、铸造、热处理、机械加工、冲压成形等)产生的不均匀温度变化或塑性变形引起的,即使没有外力作用也会在内部残留的应力。拉伸残留应力对疲劳寿命和应力腐蚀开裂有不利影响,而压缩残留应力则像喷丸处理一样被用于改善疲劳寿命。
哪些制造工艺会导致残留应力问题?
焊接是最典型的,焊接热影响区(HAZ)会产生拉伸残留应力,提高裂纹敏感性。铸造中的凝固收缩引起的内部拉伸应力、淬火处理中的快速冷却导致的表面压缩和内部拉伸也很重要。在航空机结构焊接中,残留应力评估已成为ANSY(航空机结构设计规范)的要求事项。
焊接和热处理工艺仿真
如何用FEM计算残留应力?
需要进行热-结构耦合(Thermo-mechanical)分析。在焊接仿真中,使用Abaqus、SYSWELD、Simufact等软件,采用热源模型(Goldak双椭球热源等)计算温度场,然后从热应变求得残留应力。对于考虑相变(马氏体变态等)的高精度模型,需要对变态应变和变态塑性进行建模。
有哪些方法可以进行测量与比对?
可以使用X射线衍射(XRD)、中子衍射、盲孔法等方法测量残留应力。与仿真结果进行对比验证很重要。由于焊接条件(焊接速度、热输入量)变化会导致残留应力分布大幅变化,材料常数和热源模型的精度确认是首要任务。
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