土的残余应力

第6

章

材料的残余应力

在实际的生产或生活中，人们发现材料及器件在没有受到外载荷时就无缘无故地坏了。这

种现象非常令人费解：没有载荷怎么会坏呢？仔细分析发现，材料及器件内部在制备或者加工过

程中就会在其内部产生应力。因此，材料及器件内部的应力状态对其可靠性和使用寿命有重要

影响［１］。在这种情况下，需要对材料或零部件的残余应力进行测定和估计，以及采用适当的措施

减小残余应力或改进其分布来消除这些工艺缺陷。残余应力的测量技术始于２０世纪３０年代，

发展至今共形成了数十种测量方法。传统的测试方法概括起来大致可分为两大类，即具有一定

损伤性的机械测量法和非破坏性无损伤的物理测量法［１～４］。新型材料的大量出现与广泛应用，

使得传统的残余应力测量方法面临严峻的挑战，也为现代材料分析测试技术领域带来新的发展

契机［５～８］。如何采用适当的措施调整残余应力或改进其分布，减小或消除残余应力对静强度、脆

性破坏、抗应力腐蚀开裂和疲劳等材料性能的不利影响，以及加工时或加工后产生尺寸偏差等有

害变形，是材料残余应力研究的重要课题［９～１２］。

6畅1　残余应力概论

6畅1畅1　残余应力的产生

6畅1畅1畅1　残余应力的产生原理［9］

·861·在外力的作用下，当没有通过物体表面向物体内部传递应力时，在物体内部保持平衡的应力

称为固有应力或初始应力。在无外力作用时，以平衡状态存在于物体内部的应力称为残余应力。

残余应力是固有应力的一种，而固有应力也被一些研究者称为内应力。１９１２年，由Ｍａｒｔｅｎｓ和Ｈｅｙｎ等提出了如图６畅１所示的弹簧模型说明了残余应力的产生。如

图６畅１所示的三个弹簧，ａ为自由状态，ｂ为用刚性板将弹簧的上下两端连接起来的状态。此时，

没有从外部施加作用力，而各个弹簧之间却产生了相互的作用力。如各弹簧的长度和弹性常数

分别为l１、l２、l３和c１、c２、c３，刚性板连接后的长度为l，则各弹簧上产生的力F１、F２、F３分别为F１＝c１（l－l１）、F２＝c２（l－l２）、F３＝c３（l－l３）。F１、F２、F３即相当于残余应力，并且F１＋F２＋F３＝０。

第３２卷第１期　２０１１年３月　《陶瓷学报》　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＥＲＡＭＩＣＳ　Ｖ０１．３２．Ｎｏ．１　Ｍａｒ．２０１１　

文章编号：１０００—２２７８（２０１　１）０１－００５７－０５　

裂纹釉的研制及残余应力有限元分析　

李家科刘欣　

（景德镇陶瓷学院，江西省先进陶瓷材料重点实验室，江西景德镇３３３４０３）　

摘要　以长石、滑石、方解石、高岭土等为主要原料制备裂纹釉。研究了釉料配方组成对釉面裂纹效果的影响，并用有限元方法对釉　层中的残余应力分布特征及残余应力对裂纹产生的作用机理进行了分析。结果表明：在１２５０－１３００℃、保温时间３０ｍｉｎ，以及坯、釉　的物理性能具有合适的差异时，可以得到效果较好的裂纹釉，且有限元对残余应力的分析与实验结果取得了较好的吻合。　关键词裂纹釉，热膨胀系数，残余应力，有限元分析　中图分类号：ＴＱ１　７４．４＊３文献标识码：Ａ　

１前言　

裂纹釉又称“纹片”或“开片”，也称“百极碎”，外　

人称“龟裂”或“发裂”釉［１＿２】。要使釉面生成网状裂纹，　

一般要使釉的膨胀系数大于坯的膨胀系数，同时施釉　

较厚［３１。裂纹釉因表面分布着不同形状的网状裂纹，　

看起来给人一种雅致美观、别具风格的艺术享受。近　

年来，随着人们生活水平的提高，对艺术品的欣赏水　

平也在不断提高，裂纹釉陶瓷制品因其特殊的艺术效　

果受到了人们的喜爱。　

本实验以长石、滑石、方解石、高岭土等为主要原　

料，通过调整各原料的配比获得不同的釉料配方，考　

察了釉料组成对釉面裂纹效果的影响，并对试样中的　

残余应力分布特征进行了有限元分析，揭示了残余应　

力对裂纹釉产生的作用机理，这将对裂纹釉的制备具　

有较好的理论指导作用　。　２实验　

２．１坯料、釉料的化学组成　

坯料和釉料的化学组成分别如表ｌ、表２所示。　

２＿２试样制备　

坯料为采用工厂中加工好的粉体，然后用手动压　

片机压制而成，坯体的规格为５０ｍｍ　Ｘ　５０ｍｍ　Ｘ　

６．５ｒｍｎ（长Ｘ宽Ｘ厚），将坯体放置在８０℃的烘箱中　

斜技I目苏漱．

浅谈混凝土裂缝的成因及预防措施

袁蓬林守龙车莹

(许昌广莅公路工程建设有限责任公司，河南许昌461000)

睛要】混凝土因其原料来源丰富、价隆叫氐廉、生产工艺简单、具有抗压强度高、耐久陛-好等特点，经其使用范围比较广泛。然而由于在施工中混凝土的裂缝现番普遍存在，因此若不采取相应的预防措施，会导致内部钢筋产生腐蚀，降低钢筋混凝士结构的承载力、抗谬姓能、耐久l生、使用年限，甚至会影响人民生命：受财产的安全。p∈键词]混凝土；裂缝；预防

混凝土因其原料来源丰富、价格低廉、生产工艺简单、具有抗压

强度高、耐久性好等特点，使其使用范围比较广泛。然而由于在施工中混凝土的裂缝现象普遍存在，因此若不采取相应的预防措施，会导致内部钢筋产生腐蚀，降低钢筋混凝土结构的承载力、抗渗性能、耐久性、

使用年限，甚至会影响人民生命及财产的安全。1裂缝的成因

1．1材料质量原因

由于水泥工业的不断发展，为提高水泥强度，厂家往往通过磨细水泥熟抖的方法，从而导致水泥比表面积大大增大，体积稳定性越来越

差。骨料质量明显下降，特别是采用泵送剂后，容易导致混凝土早期塑

性收缩裂缝和后期收缩裂缝。

1．2材料配比原因在施工现场，为了施工方便，对配合比有较大的随机性，用水量

常常大于{式验室提供的配合比用水量，表现为混凝土坍落度大，泌水现象明显。泌水大的混凝土往往伴随着较大的逆性收缩，从而出现塑性收

缩裂缝。

13温度应力原因

混凝土浇筑初期，产生大量水化热，使混凝土的温度很快上升。

由于混凝土表面散热条件较好，热量可以向大气中散发，因而温度上升

较少；而凝土内部由于散热条件较差，热量散发少，温度上升较多，内

外形成温差，结果使混j鞋土内部产生匝应力，面层产生拉应力，当该拉

应力超过大体积混凝土的抗拉强霞时，混凝土表面就产生裂!逢。混凝土浇筑后数日，水泥水化热基本上已释放，混凝土从最高温

逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上由于混凝土中多余水份蒸发等引起的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束(外约

土的变形特点

土的变形特点

土是地球表面上的一种自然物质，具有可塑性和可变形性，可以受到外力作用而发生变形。土的变形特点是指在受到外力作用时，其体积、形状、密度等物理性质会发生改变的特征。

一、土体的压缩变形

土体在受到垂直荷载作用时，会发生压缩变形。这种变形是由于土颗粒之间的接触面积增加、颗粒间填充状态改变等因素引起的。压缩变形分为弹性压缩和塑性压缩两种情况。

1.弹性压缩：当荷载作用消失后，土体能够恢复原来状态的一种压缩变形。弹性模量是衡量弹性压缩程度大小的指标。

2.塑性压缩：当荷载作用消失后，土体不能完全恢复原来状态，仍会留下一定程度的残余应力和残余应变。剪切模量是衡量塑性压缩程度大小的指标。

二、土体的剪切变形

1.剪切破坏：当荷载达到一定值时，超过土体的抗剪强度，土体就会发生破坏。破坏形式有剪切破裂和压缩破坏两种。

2.剪切变形：当荷载小于土体的抗剪强度时，土体会发生剪切变形。剪切变形是指土颗粒之间相对位移的一种变形方式。

三、土体的膨胀变形

1.吸湿膨胀：当土壤中含水量增加时，由于水分子与粘性颗粒表面相互作用力增加，使得颗粒间距增大，从而引起土体体积膨胀。

2.干燥收缩：当土壤中含水量减少时，由于水分子与粘性颗粒表面相互作用力减小，使得颗粒间距缩小，从而引起土体体积收缩。

四、总结

综上所述，土的变形特点包括压缩变形、剪切变形和膨胀变形三种类型。在工程实践中需要根据不同类型的变形特点进行合理设计和控制。