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殘余應(yīng)力對疲勞壽命的影響

由于焊接、鑄造等工藝引起的殘余應(yīng)力在工程結(jié)構(gòu)中大量存在，常規(guī)設(shè)計時，是以焊縫系數(shù)來綜合計入殘余應(yīng)力及金相組織等的影響的。有關(guān)殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)疲勞強度的影響已開始引起重視。從大量的實驗結(jié)果可以看到，殘余應(yīng)力的影響不容忽略的。

殘余應(yīng)力是這種影響可以從斷裂力學(xué)的理論中得到解釋。除了應(yīng)力強度因子幅值ΔK外，平均應(yīng)力等因素對疲勞裂紋的擴展也有影響。這種影響在不同循環(huán)特性（R=Kmin/Kmax）時，用Paris公式整理的da/dN--ΔK曲線。在同一ΔK值時，R值越大（平均應(yīng)力越高），da/dN越大。因此，平均應(yīng)力為壓應(yīng)力時，疲勞裂紋擴展速度率將比平均應(yīng)力為拉應(yīng)力時低。這表明了壓縮殘余應(yīng)力可以提高疲勞強度。

從上面的分析中看出，殘余應(yīng)力改變了交變載荷的名義平均應(yīng)力，從而改變了循環(huán)比R。在殘余應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)力疊加后未達到材料的屈服強度時，可以這樣分析結(jié)構(gòu)的疲勞強度，而一旦殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力之和超過了材料的拉伸屈服強度，則結(jié)構(gòu)中實際的應(yīng)力循環(huán)又是另一種情況，由于材料已進入屈服，因此，實際的應(yīng)力循環(huán)都是從拉伸屈服應(yīng)力向下變化，而與名義循環(huán)比R無關(guān)，決定疲勞壽命的是循環(huán)幅。將從＋ σ2變到σ2-（σ1＋σ2）。這是一個很重要的概念，因為，它說明一個原焊接狀態(tài)接頭的疲勞特征只用應(yīng)力幅值即可表示出來。

理論分析與實驗結(jié)果都表明；殘余應(yīng)力的存在嚴重影響了結(jié)構(gòu)的疲勞強度，尤其是焊縫處高達屈服強度的拉伸殘余應(yīng)力將大大降低焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強度。

振動時效技術(shù)能有效地降低殘余應(yīng)力，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)尺寸，已有大量的應(yīng)用實例。從降低殘余應(yīng)力這個作用來說，它也將提高結(jié)構(gòu)疲勞強度，并且已經(jīng)有了這方面試驗結(jié)果。