殘余應力的作用及其產(chǎn)生原因

殘余應力是結構或部件在不受外力作用時，其內(nèi)部存在的自相平衡的應力。殘余應力對構件的力學性能有很大影響，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

降低韌性材料的剛度，減小脆性材料的強度，有殘余應力的構件，當構件加工時，還產(chǎn)生“二次變形”從而降低或喪失尺寸精度；殘余拉應力提高應力強度因子，降低結構的抗脆能力，增強應力腐蝕，促進蠕變斷裂。對于那些在惡劣環(huán)境中使用的石油機械設備，這個問題就更為突出；殘余壓應力提高疲勞強度，但降低結構的穩(wěn)定性。例如修井機相當于一個受壓桿件，其破壞主要形式是失穩(wěn)，而失穩(wěn)臨界應力比材料屈服應力小得多，所以消除結構殘余應力將大大提高修井機的承載能力。

鑒于殘余應力的上述作用和影響，如何確定殘余應力的大小，調(diào)整殘余應力的分布，減小殘余應力對工程的危害，已成為人們廣泛關注的問題。

產(chǎn)生殘余應力的原因很多：一切加工過程幾乎都有殘余應力產(chǎn)生。如鑄造、焊接和裝配等，都不可避免要產(chǎn)生殘余應力。前兩者是由于熱應力不均勻造成的，后者是由制造誤差造成的。裝配誤差或變形不均造成的殘余應力*為普遍。例如：修井機井架制成后，要使上體套進下體，需要進行矯正。矯正采用局部加熱方法，此方法實質(zhì)上就是用熱變形的不均勻產(chǎn)生的殘余變形來抵消制造尺寸誤差。而需要矯正的尺寸范圍在10mm到20mm之間是常見的事。假設井架大腿矩形鋼管的半寬為76mm，兩橫撐間的距離為3600mm，取矯正尺寸為15mm，由此算得*大應力為53MPa，相當于井架大腿材料屈服應力的1/7。再如，在焊接井架天車時，四個大腿常不對位，需要用外力使其一端移動5-7mm的距離。對于角鋼井架，由此產(chǎn)生的*大殘余應力約為250MPa?？梢姾附咏Y構由制造誤差產(chǎn)生的殘余應力是一個值得重視的問題，這樣的產(chǎn)品須進行殘余應力調(diào)整或消除處理。

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