残余应力的产生原因

各种机械加工工艺如铸造、切削、焊接、热处理、装配等都会产生不同程度残余应力。

机械加工引起的残余应力

这是金属构件在加工中最易产生的残余应力。当施加外力时，物体的一部分出现塑性变形，卸载后，塑性变形部分，限制了与其相邻部分变形的恢复，因而出现了残余应力。

温度不均匀引起的残余应力

这种残余应力的产生主要有以下两种原因：第一是由于温度不均匀造成局部热塑性变形；第二是由于相变引起的体积膨胀不均匀造成局部塑性变形。

1、由于热塑性变形不均而产生的残余应力

金属材料在高温下其性能将发生很大的变化，如屈服极限、弹性模量等都随温度的升高而下降。如果构件上温度场的温度阶梯较大，则屈服极限和弹性模量的分布也是不均匀的，因此在高温下出现的热塑性也是不均匀的。

2、因组织改变而产生的残余应力

如果温度大，其应力变化与低温时是相似的。但由于这时材料的屈服极限接近于零。因此很容易出现热塑性变形。变形恢复时受的阻力也比前者大，所以残余应力也较大，但产生残余应力的条件是不变的。

高温中的另一个问题就是由相变引起的相变应力。金属的组织发生相变时，会出现体积的突然膨胀。如果这种膨胀是均匀的，则如同构件均匀热膨胀一样，没有约束的情况下不产生应力。但是由于构件的组织成分不均匀，温度分布不均匀等等原因，造成构件各部分相变时间不同，体积膨胀不均匀，因此使各部分间出现互相约束而产生了残余应力。

构件尺寸公差引起的残余应力

在焊接、铆接、螺钉连接时往往有公差配合问题。如船体分段对接时必须将对接钢板拉到一起，这些由外力拉到一起而组合的结构，当外力去除后，整个系统就出现了残余应力。这种应力一般来说属于结构应力，大多数情况下处于弹性状态。

总之，残余应力的产生是由于构件某一部分的变形恢复受到约束而造成的。局部不均匀的塑性变形的出现，是产生残余应力的普遍原因。一个构件上残余应力的分布状态是由各种原因产生的残余应力的综合值来决定的，因此它的分布规律是随机的，给测量和研究带来较大的困难。