殘余應力的產生原因

各種機械加工工藝如鑄造、切削、焊接、熱處理、裝配等都會產生不同程度殘余應力。

機械加工引起的殘余應力

這是金屬構件在加工中最易產生的殘余應力。當施加外力時，物體的一部分出現塑性變形，卸載后，塑性變形部分，限制了與其相鄰部分變形的恢復，因而出現了殘余應力。

溫度不均勻引起的殘余應力

這種殘余應力的產生主要有以下兩種原因：第一是由于溫度不均勻造成局部熱塑性變形；第二是由于相變引起的體積膨脹不均勻造成局部塑性變形。

1、由于熱塑性變形不均而產生的殘余應力

金屬材料在高溫下其性能將發生很大的變化，如屈服極限、彈性模量等都隨溫度的升高而下降。如果構件上溫度場的溫度階梯較大，則屈服極限和彈性模量的分布也是不均勻的，因此在高溫下出現的熱塑性也是不均勻的。

2、因組織改變而產生的殘余應力

如果溫度大，其應力變化與低溫時是相似的。但由于這時材料的屈服極限接近于零。因此很容易出現熱塑性變形。變形恢復時受的阻力也比前者大，所以殘余應力也較大，但產生殘余應力的條件是不變的。

高溫中的另一個問題就是由相變引起的相變應力。金屬的組織發生相變時，會出現體積的突然膨脹。如果這種膨脹是均勻的，則如同構件均勻熱膨脹一樣，沒有約束的情況下不產生應力。但是由于構件的組織成分不均勻，溫度分布不均勻等等原因，造成構件各部分相變時間不同，體積膨脹不均勻，因此使各部分間出現互相約束而產生了殘余應力。

構件尺寸公差引起的殘余應力

在焊接、鉚接、螺釘連接時往往有公差配合問題。如船體分段對接時必須將對接鋼板拉到一起，這些由外力拉到一起而組合的結構，當外力去除后，整個系統就出現了殘余應力。這種應力一般來說屬于結構應力，大多數情況下處于彈性狀態。

總之，殘余應力的產生是由于構件某一部分的變形恢復受到約束而造成的。局部不均勻的塑性變形的出現，是產生殘余應力的普遍原因。一個構件上殘余應力的分布狀態是由各種原因產生的殘余應力的綜合值來決定的，因此它的分布規律是隨機的，給測量和研究帶來較大的困難。