目录
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1 前言 (1)
1.1研究背景及意义 (1)
1.2研究现状 (1)
1.2.1关于残余应力产生原因的研究现状 (1)
1.2.2关于残余应力定性定量分析的研究现状 (2)
1.2.3关于残余应力对构件变形影响的研究现状 (4)
1.3目前存在问题 (5)
1.4研究内容及思路 (5)
2 切削残余应力分布 (7)
2.1有限元模型 (7)
2.2切削残余应力场 (8)
2.3切削参数对残余应力分布的影响 (9)
2.4本章小结 (10)
3 纯弯曲梁横截面残余应力 (11)
3.1线性强化材料模型 (11)
3.2纯弯曲梁横截面残余应变 (11)
3.3纯弯曲梁横截面残余应力 (15)
3.3.1应力叠加法 (15)
3.3.2由残余应变推导残余应力 (16)
3.3.3理想弹塑性材料纯弯曲梁横截面残余应力、应变 (18)
3.4梁横截面残余应力、应变数值计算 (18)
3.4.1几何材料参数 (18)
3.4.2梁横截面残余应变 (19)
3.4.3梁横截面残余应力 (19)
3.5本章小结 (22)
4 残余应力梁加载后的应力应变分布 (23)
4.1正向加载与反向加载 (23)
4.2残余应力梁的正向加载 (23)
4.2.1梁横截面应变分布 (23)
4.2.2梁横截面应力分布 (25)
4.2.3梁横截面应力数值计算 (27)
4.3残余应力梁的反向加载 (31)
4.3.1理想包辛格效应 (31)
4.3.2梁横截面应变分布 (31)
V
西安理工大学硕士学位论文
V I
4.3.3梁横截面正应力分布 (34)
4.3.4梁横截面应力数值计算 (36)
4.4本章小结 (40)
5 残余应力对梁变形的影响 (41)
5.1残余应力对梁横截面正应力分布的影响 (41)
5.1.1残余应力梁的正向加载 (41)
5.1.2残余应力梁的反向加载 (43)
5.2残余应力对梁最大挠度值的影响 (46)
5.2.1简支梁的最大挠度 (46)
5.2.2残余应力梁的正向加载 (47)
5.2.3残余应力梁的反向加载 (49)
5.3本章小结 (51)
6 结论与展望 (53)
6.1结论 (53)
6.2展望 (53)
致谢 (55)
参考文献 (57)
1
前言 1 1 前言
1.1研究背景及意义
在机械、冶金、造船、铁道、石油、兵工、航天等工程领域中，残余应力问题的重要性和广泛性已日益为人们所了解。残余应力对材料的疲劳强度、应力腐蚀、形状精度均有重大的影响[1-2]。残余应力的产生，又随构件的材质、形状、成形与加工工艺过程等的不同而有所差异。如何确定残余应力的大小、调整残余应力的分布、减少或消除残余应力对工程的危害，已成为人们广泛关注的问题。
根据工程实用观点，研究残余应力需要回答下列几个问题：残余应力是如何产生的，如何进行定性定量分析，如何根据上述分析来判断残余应力的工程利弊以及如何采取工程措施而用其利除其弊。目前普遍认为塑性变形、温度场的不均匀分布以及材料的相变是残余应力产生的主要原因，且根本原因是非弹性变形的不均匀分布。关于如何正确地对残余应力进行定量分析，目前主要采用实验测试方法与残余应力预见性的计算方法。
由不均匀塑性变形而产生的残余应力是构件加工过程中最常出现的残余应力，如钢在冷轧与热轧过程中因不均匀塑性变形而产生的残余应力最高可分别达到屈服强度的20%和70%[3]。带有残余应力的构件受载荷时容易发生弯曲和扭转变形[4]，从而造成加工产品的合格率降低。故研究由不均匀塑性变形而产生的残余应力大小，及其对构件变形的影响具有十分重要的意义。
1.2研究现状
目前关于宏观残余应力的定性定量分析主要采用实验测定的方法，针对一些特殊的力学模型具有解析解。然而，关于残余应力对构件后续变形的研究主要采用实验测定的方法，缺乏理论分析。
1.2.1关于残余应力产生原因的研究现状
残余应力是在无外力作用时，以平衡状态存在于物体内部的应力，图1-1是1912年Martens 、Heyn 等提出的。设有三个弹簧，图1-1(a )为自由状态，图1-1(b )是用刚性板将弹簧的上下端连接起来的状态。此时并没有从外部施加作用力，而各个弹簧之间却产生了
（a ） （b ）
图1-1弹簧模型
Fig.1-1 Spring model