残余应力特点及测试方法

8.3.1.1 残余应力的特点

由材料力学可知，测定材料的应力实际是测定应变，再用弹性力学求出应力。测定残余应力的原理也仍然如此。但残余应力是在外力全部消除后工件中存在的应力，所以其测定方法也有其特殊性。一般残余应力的测定方法分为两大类：一类为应力释放法，也称机械法（包括电测法），它包括切条法、钻孔法等；另一类为无损测定法，又称物理法，它是利用残余应力对工件的物理性能的影响来测定应变的，它包括F射线法、磁性法、超声法等。

8.3.1.2 应力释放法——机械法

本方法的基本原理是将具有残余应力的工件进行切割、局部去除（切条、钻孔）等处理，从而使工件中已处于平衡状态的残余应力由于这种切割或去除而部分释放，工件就会出现变形，使残余应力达到新的平衡状态。测出这时的应变量（长度、角度、挠度等的相对变化量），利用弹性力学即可求出工件原有的残余应力值。这种方法的应变测量精度较高，但其缺点是对工件有破坏，它不仅会因附加应力而影响应变测量的准确度，而且对于不允许破坏的工件就无法应用。如高压容器、高精度工件、热处理工件等就不适用。

8.3.1.3 无损测定法——物理法(www.xing528.com)

这类方法是利用工件中存在的残余应力的大小和方向对材料的物理性能（如晶体的晶面间距、电磁感应、声波的传播速度等）的影响，测定有应力和无应力时物理量的差异，以此作为应变，标定出它们和应力值之间的关系，从而求出应力。这些方法测定时都无需破坏工件，所以是无损测试方法。现分别将几种常用无损测试法介绍如下。

1.磁性法 它是根据铁磁性材料的磁感应通量在残余应力的作用下与无应力作用时不同，从而利用由磁感应通量的差异来测定残余应力的方法。它所用的仪器体积小，重量轻，结构简单灵巧，测量速度快，价格低廉。其测点面积较大（ϕ5～ϕ15mm），层深也较深（1～2mm），所以它测定的是较大体积内（包括面积和深度）的平均残余应力值，适用于一些大型铸件、焊接件中应力分布平缓的残余应力的测定，如机床铸件、高压容器等。

2.F射线法 它是利用应力作用下晶面间距的变化作为应变来测量残余应力的。它的测点面积小（ϕ0.5～ϕ10mm），层深浅（8～15μm）。在应力分布梯度大的工件上只能用这种方法来测定其残余应力，如热处理淬火应力、机械加工（切削、磨削等）应力的测定等。但是它的缺点是仪器设备结构复杂、价格昂贵，这也大大影响了它在现场测试中的应用。目前国产仪器经多年研制、改进，已大大改善了此种状况。

3.超声法 它只能测工件整体中的应力状态。因此除了在一些整体受力均匀的工件（如紧固螺栓等）中应用外，在一般的残余应力测定中尚不能应用。