殘余應(yīng)力測試
關(guān)注創(chuàng)建者：Y說 創(chuàng)建時(shí)間：2018-04-30
殘余應(yīng)力測試的視頻教程
abaqus子程序重構(gòu)初始應(yīng)力場（殘余應(yīng)力）
利用ABAQUS Sigini 隱式子程序?qū)崿F(xiàn)初始應(yīng)力場（殘余應(yīng)力場）的重構(gòu)。在課程中結(jié)合實(shí)例講解了子程序編寫思路、隱式子程序轉(zhuǎn)顯示分析和實(shí)際使用過程中可能遇到的問題。
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ABAQUS焊后熱處理消除焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬（蠕變應(yīng)力松弛）
以管道環(huán)焊縫焊接殘余應(yīng)力為初始條件，考慮焊后熱處理的蠕變應(yīng)力松弛機(jī)制，使用abaqus計(jì)算了PWHT后的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)。詳細(xì)講解了殘余應(yīng)力導(dǎo)入過程及后處理。QQ1224294049 參考： https://www.yqgqt.org.cn/content/post/422113 https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12175
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abaqus 殘余應(yīng)力模擬分析
殘余應(yīng)力是不均勻的場等作用后仍留在物體內(nèi)的自相平衡的內(nèi)應(yīng)力，ABAQUS可以模擬結(jié)構(gòu)不對稱的工件，在冷鍛下，仍有部分應(yīng)力殘留在工件內(nèi)，形成殘余應(yīng)力場，一般殘余應(yīng)力的存在不利于工件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及耐使用性，通過模擬，可以預(yù)知殘余應(yīng)力的位置及大小。
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殘余應(yīng)力測試的實(shí)例教程
<p><strong><u>什么是殘余應(yīng)力？</u></strong></p><p>殘余應(yīng)力是指消除外力或不均勻的溫度場等作用后，仍留在物體內(nèi)的自相平衡的內(nèi)應(yīng)力。殘余應(yīng)力存在于所有的機(jī)械結(jié)構(gòu)中，機(jī)械加工和強(qiáng)化工藝、不均勻塑性變形或相變等都可能引起殘余應(yīng)力。</p><p>比如<strong>加工工藝</strong>：</p><ul><li>塑性變形或焊接</li><li>鑄造部件的非均勻冷卻</li><li>鍛造過程</li></ul><p>比如<strong>表面處理</strong>：：</p><ul><li>噴涂</li><li>表面硬化</li></ul><p>殘余應(yīng)力與一般的機(jī)械應(yīng)力一樣，對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度起著同樣的作用。但和外部載荷引起的應(yīng)力不同，其很難用計(jì)算方式來進(jìn)行預(yù)測。因此，需要一個(gè)可靠的方法進(jìn)行準(zhǔn)確測量，并且需要最大程度地減小對測量表面的損傷。</p><p><br></p><p><strong><u>測量殘余應(yīng)力的方法</u></strong></p><p>基于應(yīng)變片常用的兩種的殘余應(yīng)力測定方法是：環(huán)芯法和鉆孔法。兩種方法的共同特點(diǎn)是，在工件上安裝應(yīng)變花后，通過鉆取或取芯的機(jī)械過程，殘余應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化。在這一過程中，殘余應(yīng)力得到釋放，通過應(yīng)變花測得過程前后應(yīng)變的變化情況，可以計(jì)算出殘余應(yīng)力。</p><p><strong>環(huán)芯法：</strong>即在應(yīng)變花周圍提取環(huán)形槽。用機(jī)械法開一個(gè)環(huán)形槽，局部分割、釋放殘余應(yīng)力，在測試位置粘貼電阻應(yīng)變片，測量轉(zhuǎn)子鍛件在軸向和周向釋放的應(yīng)變值，根據(jù)力學(xué)原理推算工件的殘余應(yīng)力。
展開 圖3 異形坯料脹形制坯示意圖
圖4 鍛件生產(chǎn)過程數(shù)值模擬
大錐度精密環(huán)件低應(yīng)力制造技術(shù)
目前生產(chǎn)的環(huán)形鍛件基本未進(jìn)行脹形處理，環(huán)件的尺寸精度主要靠環(huán)件終軋時(shí)控制，受現(xiàn)有的環(huán)軋?jiān)O(shè)備精度和軋制技術(shù)的制約，環(huán)件的尺寸精度較差，需靠加大加工余量來保證零件尺寸。另外，目前采用傳統(tǒng)環(huán)軋工藝生產(chǎn)的環(huán)形鍛件，存在內(nèi)應(yīng)力分布不均、殘余變形大等問題，在后續(xù)的零件加工及使用過程中出現(xiàn)變形，影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配及使用。本次生產(chǎn)的鍛件采用大錐度精密環(huán)件低應(yīng)力制造技術(shù)，對鍛件進(jìn)行整體精密脹形，鍛件成形時(shí)預(yù)留約1%的變形量進(jìn)行脹形，通過脹形使得環(huán)件內(nèi)部的應(yīng)力重新分布，改善原鍛件應(yīng)力分布情況，確保了環(huán)件的形狀、尺寸精度，保證了環(huán)件內(nèi)應(yīng)力均勻，減少后續(xù)產(chǎn)品機(jī)加變形。整體精密脹形的數(shù)值模擬結(jié)果見圖5。
生產(chǎn)情況及結(jié)果分析
鍛件成形情況
按照上述關(guān)鍵技術(shù)生產(chǎn)的鍛件形狀尺寸及表面質(zhì)量良好，產(chǎn)品尺寸滿足加工要求，如圖6 所示。
鍛件理化測試結(jié)果
⑴鍛件應(yīng)力測試結(jié)果。
鍛件熱處理完成后按圖7 要求在小頭端面進(jìn)行了8 處位置的殘余應(yīng)力測試，與未經(jīng)過整體精密脹形的同一圖號鍛件進(jìn)行了對比，應(yīng)力分布雷達(dá)圖見圖8。
通過殘余應(yīng)力測試結(jié)果可以看出兩環(huán)件應(yīng)力均值差別不大，但經(jīng)過整體精密脹形的鍛件應(yīng)力分布均勻性明顯好于未經(jīng)過脹形的鍛件。
⑵鍛件高倍組織及力學(xué)性能結(jié)果。
圖5 脹形過程模擬結(jié)果
生產(chǎn)完成后，按圖9 所示解剖鍛件并進(jìn)行全面質(zhì)量評估，每個(gè)鍛件分別在周向相隔120°的1 區(qū)域1 位 置、2 區(qū) 域2 位 置、3 區(qū)域3 位置切取試樣進(jìn)行性能檢測，并在每個(gè)鍛件上切取一片橫截面試樣進(jìn)行全截面網(wǎng)格組織檢查，鍛件力學(xué)性能測試結(jié)果如表1 所示，網(wǎng)格劃分及晶粒度分布分別如圖10、圖11、圖12、圖13 所示。
展開 本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、掌握噴丸三維模型的繪制
2、掌握顯示動(dòng)力學(xué)分析相關(guān)的材料參數(shù)設(shè)置
3、理解顯示動(dòng)力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)噴丸強(qiáng)化分析的相互關(guān)系的設(shè)置
5、了解顯示動(dòng)力學(xué)網(wǎng)格的劃分
6、學(xué)習(xí)結(jié)果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有的分析文件。
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今天，我們將介紹結(jié)構(gòu)力學(xué)中殘余應(yīng)力的概念，并以金屬拉深工藝為例，了解如何計(jì)算殘余應(yīng)力。我們以一個(gè)經(jīng)過或未經(jīng)過加工硬化的彎曲梁為例，先解釋如何計(jì)算和分析殘余應(yīng)力，然后介紹一個(gè)鈑金成形模型。
什么是殘余應(yīng)力？
殘余應(yīng)力是指塑性結(jié)構(gòu)卸載后仍然存在的自平衡應(yīng)力。在機(jī)械零件的制造過程中，會(huì)引入殘余應(yīng)力，并將影響零件的
疲勞
、失效甚至腐蝕行為。
實(shí)際上，不受控制的殘余應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過早失效。盡管殘余應(yīng)力可能會(huì)改變性能，甚至?xí)?dǎo)致制造的產(chǎn)品故障，但是一些應(yīng)用實(shí)際上是需要它們的。例如，像智能手機(jī)屏幕的玻璃這樣的脆性材料，在制造過程中通常會(huì)在表面誘發(fā)壓縮殘余應(yīng)力，以避免裂縫尖端的擴(kuò)散。
因此，殘余應(yīng)力在整個(gè)力學(xué)應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。只有通過對這些應(yīng)力進(jìn)行定性和定量分析，才有可能確定最適合特定應(yīng)用的加工工藝。這些分析還可以幫助探索用于產(chǎn)品可靠性的最佳材料用量或最合適形狀設(shè)計(jì)，以避免故障和失效。
純彎曲下的梁
以下圖中的細(xì)長梁為例來說明。這個(gè)梁的截面為矩形，深度為
，寬度為
。梁的左側(cè)被固定，并在自由端上施加一個(gè)彎矩。
計(jì)算殘余應(yīng)力
根據(jù)梁理論，在這個(gè)示例中，彎矩是恒定的，應(yīng)力可以寫為：
(1)
其中，
是關(guān)于 z 軸的慣性矩。
隨著
的增加，梁首先表現(xiàn)為彈性行為，但在達(dá)到它的屈服彎矩
后， 開始表現(xiàn)為塑性行為。由此產(chǎn)生了彈塑性截面。當(dāng)塑性區(qū)擴(kuò)展到整個(gè)橫截面時(shí)，就可以確定梁所能承受的極限彎矩
。本文，我們假設(shè)梁在這樣的時(shí)刻會(huì)坍塌，并具有完美的塑性行為。
梁的外層纖維將首先達(dá)到屈服點(diǎn)，而核心纖維則保持彈性。
展開 焊接殘余應(yīng)力是焊接技術(shù)帶來的一個(gè)幾乎無法避免的缺陷，其危害眾所周知。焊后熱處理是一種消除焊接殘余應(yīng)力常用的方法。
工程上主要采用退火處理，退火溫度越高、保溫時(shí)間越長，消除焊接殘余應(yīng)力的效果就越好。但是溫度過高，使工件表面氧化比較嚴(yán)重，組織可能發(fā)生轉(zhuǎn)變，影響工件的使用性能，存在弊端。
蠕變應(yīng)力松弛理論為熱處理消除焊接殘余應(yīng)力提供了另一條思路，工件在較低溫度時(shí)會(huì)發(fā)生蠕變，材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力會(huì)因應(yīng)力松弛而得到釋放，只要保溫時(shí)間足夠長，理論上殘余應(yīng)力可完全消除。在低溫消除焊接殘余應(yīng)力時(shí)，材料的組織和性能變化甚微，幾乎不影響材料的使用性能，而且低溫處理材料表面的氧化和脫碳也比較小。這就可以在材料的力學(xué)性能和組織基本不變的情況下達(dá)到降低材料焊接殘余應(yīng)力的目的，大大提高材料的使用壽命和性能，在工程上具有重要的意義。接下來在不同加熱溫度和保溫時(shí)間對試件進(jìn)行退火處理，通過測定試件焊接殘余應(yīng)力的降低程度，研究在熱處理消除焊接殘余應(yīng)力過程中加熱溫度和保溫時(shí)間的等效性問題。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)：熱處理對Q235鋼焊接殘余應(yīng)力降低效果明顯，且在熱處理降低焊接殘余應(yīng)力過程中，溫度和時(shí)間存在著一個(gè)等效性，即加熱溫度低可以長時(shí)間保溫，加熱溫度高可以縮短保溫時(shí)間，它們在降低焊接殘余應(yīng)力的效果上是很接近的。
下載地址：Q235鋼真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線研究
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殘余應(yīng)力測試的最新內(nèi)容
在當(dāng)今制造業(yè)的浪潮中，焊接技術(shù)作為連接金屬結(jié)構(gòu)的核心工藝，其重要性不言而喻。然而，焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)變化，常常對焊接接頭的性能和壽命產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。為了優(yōu)化焊接工藝、提高焊接質(zhì)量，準(zhǔn)確預(yù)測焊接殘余應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)分布變得至關(guān)重要。在這一領(lǐng)域，Marc軟件憑借其強(qiáng)大的功能和卓越的性能，成為焊接仿真領(lǐng)域的先鋒。
焊接仿真：從復(fù)雜到精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變
焊接過程涉及復(fù)雜的熱-力學(xué)行為，包括高溫下的相變
——科研到工程：Abaqus Goldak 雙橢球 + FROM FILE 實(shí)現(xiàn)可復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（含 Goldak 熱源 DFLUX ）
適用人群：做焊接/鍵合殘余應(yīng)力/變形預(yù)測、增材制造熱-力場分析的工程師與研究生
代碼環(huán)境：Abaqus/CAE 2019（Python 2.7），Abaqus/Standard（DFLUX Fortran 子程序）
本文提供 兩個(gè)腳本（Abaqus/CAE
在當(dāng)今制造業(yè)的浪潮中，焊接技術(shù)作為連接金屬結(jié)構(gòu)的核心工藝，其重要性不言而喻。然而，焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)變化，常常對焊接接頭的性能和壽命產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。為了優(yōu)化焊接工藝、提高焊接質(zhì)量，準(zhǔn)確預(yù)測焊接殘余應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)分布變得至關(guān)重要。在這一領(lǐng)域，Marc軟件憑借其強(qiáng)大的功能和卓越的性能，成為焊接仿真領(lǐng)域的先鋒。
焊接仿真：從復(fù)雜到精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變
焊接過程涉及復(fù)雜的熱-力學(xué)行為，包括高溫下的相變
應(yīng)用
1、工程機(jī)械及制造設(shè)備
起重機(jī)、挖掘機(jī)、水泥泵車等工程機(jī)械的力臂等部位的應(yīng)變應(yīng)力、位移測試；油缸的壓力、位移、溫度、應(yīng)變應(yīng)力綜合測試；機(jī)床導(dǎo)軌的殘余應(yīng)力測試。
2、航空航天、高鐵、汽車、輪船等交通設(shè)備
航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)等處于高溫工況下的結(jié)構(gòu)的壓力、溫度、應(yīng)變應(yīng)力綜合測試；車體、輪軸、高壓輸電弓等部位的應(yīng)變應(yīng)力測試。
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、掌握噴丸三維模型的繪制
2、掌握顯示動(dòng)力學(xué)分析相關(guān)的材料參數(shù)設(shè)置
3、理解顯示動(dòng)力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)噴丸強(qiáng)化分析的相互關(guān)系的設(shè)置
5、了解顯示動(dòng)力學(xué)網(wǎng)格的劃分
6、學(xué)習(xí)結(jié)果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018
在塑料制品的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，殘余應(yīng)力是一個(gè)不容忽視的問題。它可能導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降，甚至引發(fā)變形或裂紋。因此，理解殘余應(yīng)力的來源并采取有效措施至關(guān)重要 。
課程時(shí)間：2024/4/29(周一) 20:00 開播（私信獲取直播間鏈接）
課程大綱:
何謂殘余應(yīng)力及殘余應(yīng)力的量測方法
注塑成型條件對殘余應(yīng)力之影響
應(yīng)力痕發(fā)生原因之探討
案例分享
用機(jī)械法開一個(gè)環(huán)形槽，局部分割、釋放殘余應(yīng)力，在測試位置粘貼電阻應(yīng)變片，測量轉(zhuǎn)子鍛件在軸向和周向釋放的應(yīng)變值，根據(jù)力學(xué)原理推算工件的殘余應(yīng)力。
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射出成型的過程中易因高剪切流動(dòng)、不均勻冷卻或結(jié)晶作用等因素影響,而在成品內(nèi)產(chǎn)生殘留應(yīng)力;殘留應(yīng)力容易使成品發(fā)生翹曲變形現(xiàn)象,影響產(chǎn)品的精度及強(qiáng)度要求,且對于后續(xù)的接著、涂裝等加工都將造成不良影響。對于透明光學(xué)應(yīng)用產(chǎn)品,更會(huì)因殘留應(yīng)力造成光散射,影響到產(chǎn)品的光學(xué)特性。所以了解殘留應(yīng)力發(fā)生之原因及解決方法,將有助于成型更好的塑膠產(chǎn)品。
應(yīng)用
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機(jī)械工程及制造設(shè)備
起重機(jī)、挖掘機(jī)、水泥泵車等工程機(jī)械的力臂等部位的應(yīng)變應(yīng)力、位移測試；油缸的壓力、位移、溫度、應(yīng)變應(yīng)力綜合測試；機(jī)床導(dǎo)軌的殘余應(yīng)力測試。
