18.20 : Остаточные напряжения

Остаточные напряжения сохраняются в конструкции даже после удаления исходного источника напряжения. Это явление часто возникает из-за различных пластических деформаций в разных частях конструкции. Рассмотрим стержень, вытянутый за пределы предела текучести. Он не восстановит свою первоначальную длину из-за постоянной деформации. Даже после снятия нагрузки стержень не полностью теряет напряжение из-за неравномерных пластических деформаций, в результате чего возникают остаточные напряжения. Расчет этих напряжений в конструкциях является сложным. Такие факторы, как изменение температуры во время сварки, могут вызвать пластические деформации, приводящие к снижению эластичности и образованию остаточных напряжений.

Например, заглушка, приваренная к пластине, во время процесса значительно нагревается, что снижает ее напряжение. По мере охлаждения после сварки его эластичность увеличивается, что приводит к текучести при постоянном уровне напряжения. Это приводит к остаточному напряжению, близкому к пределу текучести стали. Остаточные напряжения возникают и при охлаждении металлов после литья или горячей прокатки. Внешние слои охлаждаются быстрее, чем внутреннее ядро, быстрее восстанавливая жесткость и приводя к остаточным напряжениям растяжения в сердцевине и сжимающим во внешних слоях. Эти напряжения могут быть значительными, иногда требующими устранения путем повторного нагрева и медленного охлаждения образца. Понимание остаточных напряжений и управление ими имеет решающее значение в инженерном проектировании и производственных процессах, обеспечивая надежность и долговечность конструкций и компонентов.