殘余應力測試的案例
知識分享 | 測量殘余應力的方法
<p><strong><u>什么是殘余應力？</u></strong></p><p>殘余應力是指消除外力或不均勻的溫度場等作用后，仍留在物體內的自相平衡的內應力。殘余應力存在于所有的機械結構中，機械加工和強化工藝、不均勻塑性變形或相變等都可能引起殘余應力。</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>殘余應力與一般的機械應力一樣，對結構的強度起著同樣的作用。但和外部載荷引起的應力不同，其很難用計算方式來進行預測。因此，需要一個可靠的方法進行準確測量，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>測量殘余應力的方法</u></strong></p><p>基于應變片常用的兩種的殘余應力測定方法是：環芯法和鉆孔法。兩種方法的共同特點是，在工件上安裝應變花后，通過鉆取或取芯的機械過程，殘余應力狀態將發生變化。在這一過程中，殘余應力得到釋放，通過應變花測得過程前后應變的變化情況，可以計算出殘余應力。</p><p><strong>環芯法：</strong>即在應變花周圍提取環形槽。用機械法開一個環形槽，局部分割、釋放殘余應力，在測試位置粘貼電阻應變片，測量轉子鍛件在軸向和周向釋放的應變值，根據力學原理推算工件的殘余應力。
展開 IN718 合金低壓渦輪機匣整體精密成形研究
圖3 異形坯料脹形制坯示意圖
圖4 鍛件生產過程數值模擬
大錐度精密環件低應力制造技術
目前生產的環形鍛件基本未進行脹形處理，環件的尺寸精度主要靠環件終軋時控制，受現有的環軋設備精度和軋制技術的制約，環件的尺寸精度較差，需靠加大加工余量來保證零件尺寸。另外，目前采用傳統環軋工藝生產的環形鍛件，存在內應力分布不均、殘余變形大等問題，在后續的零件加工及使用過程中出現變形，影響航空發動機的裝配及使用。本次生產的鍛件采用大錐度精密環件低應力制造技術，對鍛件進行整體精密脹形，鍛件成形時預留約1%的變形量進行脹形，通過脹形使得環件內部的應力重新分布，改善原鍛件應力分布情況，確保了環件的形狀、尺寸精度，保證了環件內應力均勻，減少后續產品機加變形。整體精密脹形的數值模擬結果見圖5。
生產情況及結果分析
鍛件成形情況
按照上述關鍵技術生產的鍛件形狀尺寸及表面質量良好，產品尺寸滿足加工要求，如圖6 所示。
鍛件理化測試結果
⑴鍛件應力測試結果。
鍛件熱處理完成后按圖7 要求在小頭端面進行了8 處位置的殘余應力測試，與未經過整體精密脹形的同一圖號鍛件進行了對比，應力分布雷達圖見圖8。
通過殘余應力測試結果可以看出兩環件應力均值差別不大，但經過整體精密脹形的鍛件應力分布均勻性明顯好于未經過脹形的鍛件。
⑵鍛件高倍組織及力學性能結果。
圖5 脹形過程模擬結果
生產完成后，按圖9 所示解剖鍛件并進行全面質量評估，每個鍛件分別在周向相隔120°的1 區域1 位 置、2 區 域2 位 置、3 區域3 位置切取試樣進行性能檢測，并在每個鍛件上切取一片橫截面試樣進行全截面網格組織檢查，鍛件力學性能測試結果如表1 所示，網格劃分及晶粒度分布分別如圖10、圖11、圖12、圖13 所示。
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本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、掌握噴丸三維模型的繪制
2、掌握顯示動力學分析相關的材料參數設置
3、理解顯示動力學分析步的建立
4、學習噴丸強化分析的相互關系的設置
5、了解顯示動力學網格的劃分
6、學習結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所有的分析文件。
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如何測量殘余應力?
熱處理法
熱處理就是利用殘余應力的熱松弛效應消除或降低殘余應力，一般采用退火、回火等方式進行處理。
圖11 熱處理之退火處理
靜載荷加壓，就是使工件產生整體或局部、甚至微區的塑性變形來調整工件的殘余應力。例如大型壓力容器，在焊接之后，在其內部加壓，即所謂的“脹形”，使焊接接頭發生微量塑性變形，以減小焊接殘余應力。
圖12 經過脹形處理的大型油罐
振動時效，英文叫做Vibration Stress Relief，簡稱VSR。振動時效處理是工程材料常用的一種消除其內部殘余內應力的方法，是通過振動，使工件內部殘余的內應力和附加的振動應力的矢量和達到超過材料屈服強度的時候，使材料發生微量的塑性變形，從而使材料內部的內應力得以松弛和減輕。
圖13 應變可量化式振動時效系統
機械處理，就是利用物體表面產生很小的塑性變形的方法來減小殘余應力，包括零件彼此碰撞、表面滾壓、表面拉制以及模具中表面校形精壓等。例如打鐵的好處之一就是消除殘余應力。
圖14 打鐵鍛造
文章來源：材料熱處理工程師
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切削殘余應力輸出提取
請問有人可以做切削過后的殘余應力提取嗎？就是殘余應力沿深度方向的分布。
塑膠殘余應力會造成哪些問題？
如何使用 COMSOL 模擬殘余應力
今天，我們將介紹結構力學中殘余應力的概念，并以金屬拉深工藝為例，了解如何計算殘余應力。我們以一個經過或未經過加工硬化的彎曲梁為例，先解釋如何計算和分析殘余應力，然后介紹一個鈑金成形模型。
什么是殘余應力？
殘余應力是指塑性結構卸載后仍然存在的自平衡應力。在機械零件的制造過程中，會引入殘余應力，并將影響零件的
疲勞
、失效甚至腐蝕行為。
實際上，不受控制的殘余應力可能會導致結構過早失效。盡管殘余應力可能會改變性能，甚至會導致制造的產品故障，但是一些應用實際上是需要它們的。例如，像智能手機屏幕的玻璃這樣的脆性材料，在制造過程中通常會在表面誘發壓縮殘余應力，以避免裂縫尖端的擴散。
因此，殘余應力在整個力學應用中發揮著重要作用。只有通過對這些應力進行定性和定量分析，才有可能確定最適合特定應用的加工工藝。這些分析還可以幫助探索用于產品可靠性的最佳材料用量或最合適形狀設計，以避免故障和失效。
純彎曲下的梁
以下圖中的細長梁為例來說明。這個梁的截面為矩形，深度為
，寬度為
。梁的左側被固定，并在自由端上施加一個彎矩。
計算殘余應力
根據梁理論，在這個示例中，彎矩是恒定的，應力可以寫為：
(1)
其中，
是關于 z 軸的慣性矩。
隨著
的增加，梁首先表現為彈性行為，但在達到它的屈服彎矩
后， 開始表現為塑性行為。由此產生了彈塑性截面。當塑性區擴展到整個橫截面時，就可以確定梁所能承受的極限彎矩
。本文，我們假設梁在這樣的時刻會坍塌，并具有完美的塑性行為。
梁的外層纖維將首先達到屈服點，而核心纖維則保持彈性。
展開 切削加工中殘余應力的產生
由于在切削加工中工件受到切削力、熱載荷或高溫相變作用，產生不均勻塑性變形，當外載荷卸去后，工件內部就產生了殘余應力。它可以是拉應力，也可以是壓應力，其性質和大小隨材料的性能、產生條件的不同而變化。在常規加工條件下，殘余應力存在于工件很薄的表層內，作用范圍距表面小于5μm，應力梯度很大，應力值有時相當大，數量可以是被加工材料原始屈服強度的1至3倍。切削時由于切屑對刀具的摩擦和擠壓，以及在第Ⅲ變形區內，切削刃分流點以下很小一部分材料經受刀刃鈍圓部分強烈擠壓和摩擦，會進一步發生嚴重的附加塑性變形并留在已加工表面上。切削后由于內層材料的彈性恢復和后刀面與已加工表面的摩擦，使已加工表面層再次發生塑性變形：若內層材料的彈性恢復是擴張趨勢，則表面層呈現拉應力狀態，反之，內層材料若是收縮趨勢的彈性恢復，表面層則呈現壓應力狀態。刀-工接觸面的滑動摩擦造成刀-工接觸面間的剪切變形和局部高溫，當切削區域溫度高于材料相變溫度時，材料發生熱相變并導致體積變化，但受到相鄰材料的約束，使表面層產生局部不均勻的殘余應力，其應力狀態隨材料金相組織變化狀態和加工條件而變化，或為壓應力，或為拉應力。
殘余應力的產生是一個復雜的現象，除受力、熱因素影響外，還受材料內部微觀結構、加工條件(如刀具幾何參數、切削用量等)多種因素影響。因此切削加工中殘余應力的產生是由多種因素綜合作用的結果。
展開 三維平板堆焊焊接及殘余應力分析
利用ANSYS經典進行三維平板堆焊焊接及殘余應力分析。
關鍵詞：焊接分析 高斯熱源 熱分析 移動熱源 殘余應力分析 ANSYS經典 焊接熔池
如果反響不錯，下次再出個WORKBENCH的版本和視頻
計算分析講解演示視頻：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10105
請問abaqus殘余應力仿真問題
對每個毛坯進行成型仿真之后，怎么再次以成型后的殘余應力條件為初始條件繼續進行殘余應力的去除仿真，如何將殘余應力設為初始條件呀。
abaqus焊接殘余應力二維模擬
大神，abaqus如何模擬二維焊接殘余應力？
有限元材料的塑性變形和殘余應力
根據相關標準，零部件在運行過程中允許小范圍的塑性變形或者應力超出屈服強度不超過10%，但需考慮殘余應力對疲勞壽命的影響，這里介紹下有限元分析零件的塑性變形和殘余應力計算。
1.定義材料非線性特性，雙線性隨動強化材料。這里材料定義為Q235，屈服強度235MPa，抗拉強度450MPa，彈性模量210GPa，切向模量1.5GPa，泊松比0.3。
2.建立3d 模型，為簡化起見，建立一個長方體（10x10x100mm）
3.劃分網格，單元選用六面體單元。
4.定義邊界條件,一端固定，另一端施加30000N的拉力。這里一定要施加一個足夠大的力，以能讓材料產生塑性變形。
(至少要添加2個載荷步，以便觀察卸載之后的塑性變形和殘余應力)
5.求解，求解過程中一定要把大變形打開。
看看卸載之后的塑性變形和殘余應力，載荷卸去之后，零件仍有4.3mm的永久變形，殘余應力也達到了100多兆帕，這里主要是應為應力集中的影響。
展開 熱處理消除Q235鋼焊接殘余應力的研究 附Q235鋼真實應力應變曲線研究下載
焊接殘余應力是焊接技術帶來的一個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、保溫時間越長，消除焊接殘余應力的效果就越好。但是溫度過高，使工件表面氧化比較嚴重，組織可能發生轉變，影響工件的使用性能，存在弊端。
蠕變應力松弛理論為熱處理消除焊接殘余應力提供了另一條思路，工件在較低溫度時會發生蠕變，材料內部的殘余應力會因應力松弛而得到釋放，只要保溫時間足夠長，理論上殘余應力可完全消除。在低溫消除焊接殘余應力時，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性能和組織基本不變的情況下達到降低材料焊接殘余應力的目的，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間對試件進行退火處理，通過測定試件焊接殘余應力的降低程度，研究在熱處理消除焊接殘余應力過程中加熱溫度和保溫時間的等效性問題。
結果發現：熱處理對Q235鋼焊接殘余應力降低效果明顯，且在熱處理降低焊接殘余應力過程中，溫度和時間存在著一個等效性，即加熱溫度低可以長時間保溫，加熱溫度高可以縮短保溫時間，它們在降低焊接殘余應力的效果上是很接近的。
下載地址：Q235鋼真實應力應變曲線研究
展開 設計仿真 | Marc軟件攻克焊接殘余應力預測難題
然而，焊接過程中產生的殘余應力和微觀結構變化，常常對焊接接頭的性能和壽命產生深遠影響。為了優化焊接工藝、提高焊接質量，準確預測焊接殘余應力和微觀結構分布變得至關重要。在這一領域，Marc軟件憑借其強大的功能和卓越的性能，成為焊接仿真領域的先鋒。
焊接仿真：從復雜到精準的轉變
焊接過程涉及復雜的熱-力學行為，包括高溫下的相變、材料軟化以及快速冷卻過程中的應力累積。傳統的實驗方法雖然可以直接測量殘余應力和微觀結構，但存在成本高、效率低、難以全面覆蓋焊接接頭等問題。數值模擬技術通過建立數學模型和計算方法，能夠在計算機上模擬焊接過程，預測殘余應力和微觀結構分布，為焊接工藝的優化提供理論支持。
重慶大學鄧教授研究團隊基于Marc軟件，成功開發了一種先進的計算方法，用于模擬Q960E鋼焊接接頭的溫度場、微觀結構和殘余應力分布。這一研究不僅展示了Marc軟件在焊接仿真領域的強大功能，還為實際工程應用提供了寶貴的參考。
Marc軟件：焊接仿真領域的強大工具
1、精確的熱源模型
焊接過程中的熱輸入是影響焊接接頭性能的關鍵因素之一。Marc軟件提供了多種熱源模型，包括雙橢球體熱源模型和體積熱源模型，能夠精確模擬焊接電弧的熱輸入。重慶大學的研究團隊通過調整熱源參數，如熱流密度、熱源形狀和移動速度，成功復現了焊接過程中的溫度場分布。
2、考慮固態相變（SSPT）和軟化效應（SE）
在焊接過程中，材料的微觀結構會發生復雜的相變，如奧氏體向貝氏體和馬氏體的轉變。這些相變不僅影響材料的力學性能，還會對殘余應力的形成產生重要影響。Marc軟件通過引入相變動力學模型（如JMAK模型和K-M模型），能夠準確模擬相變過程及其對殘余應力的影響。重慶大學的研究團隊通過實驗觀察，對SH-CCT圖進行了人工修正，進一步提高了模擬結果的準確性。
展開 ansys workbench材料退火殘余應力分析 ￥50
1. 模型
2. 結果
