殘餘應力是什麼?
剛學鋼結構，在書上看到這樣一句話：「焊接後，由於不均勻脹縮，使構件內部存在焊接殘餘應力和焊接殘餘變形」，想請教一下這殘餘應力是什麼？能否通俗解釋一下？
理想的彈性體，你想像一下，一個彈簧。如果施加一個荷載，彈簧變形；把荷載去掉，彈簧就會恢復。
如果彈簧完全恢復，我們就說這是個理想彈性的過程；如果彈簧沒有完全恢復，就會有殘餘的變形。
鋼結構也是類似，你把焊接溫度看成一種荷載，溫度褪去，還有變形沒恢復，就是殘餘變形。對於超靜定結構而言，殘餘變形會引起應力，也就是所謂的殘餘應力。對於板材而言，每個部分變形不均勻，會互相約束，你就可以看成類似超靜定的。
跟隨徐老師的步伐過來的
題主掛了鋼結構和土木的話題，徐老師都說的很明白了關於焊接殘餘應力，再補充一點闡述
廣義上焊接是需要靠高溫和高壓達到原子間的永久結合。兩個物體接觸面是熔化（或塑性）狀態，而其他部位保持原材料的結構強度（常溫）的情況下形成焊接結構。這樣在焊接區域會形成溫度場（不均勻的）。形成永久連接後，溫度降低，溫度高的地方收縮大，溫度低的地方收縮小，會在焊接區域產生不均勻變形，進而「使構件內部存在焊接殘餘應力和焊接殘餘變形」簡單點的模型：一塊完整鋼板用火在中間稍微烤一下，鋼板中間就會鼓包變形。因為鋼板形成了中間溫度高四周溫度低的溫度場，冷卻後就會產生殘餘應力和殘餘變形。焊接需要輸入大量熱量也會產生同樣的效果
寫著寫著想起來焊接殘餘應力還跟焊接冶金有關，高溫作用下材料成分變化、原子間結合方式的不同都會產生影響...
撓頭ing...滾去翻書本..orz題主賞個贊啦
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仔細想了一下上述簡單的模型並不準確再補充...關於不均勻的溫度場如何形成殘餘應力和變形熱脹冷縮，這是基礎。
上述的模型中鋼板受到不均勻加熱時，熱量傳導需要一定時間（熱導率的概念），先熱的地方膨脹，中心溫度最高變形大，周圍溫度低變形小，垂直鋼板方向自由度最大，於是鼓包，形成變形，導致應力。最終整塊溫度擴散到鋼板都差不多之後變形已經形成，非外力無法恢復。
焊接過程與上述模型不同點是在高溫狀態下形成整體（永久連接），形成永久連接之前兩個構件之間沒有相互約束，不存在應力。形成永久連接後，整體冷卻過程中，溫度高的地方收縮量大，溫度低的地方收縮量小，產生變形，導致應力。
嗯，一個是熱脹產生的變形和殘餘應力，一個是冷縮產生的變形和殘餘應力
焊接冶金相關的：合金燒損哇...晶格滑移位錯哇...同素異構哇..bla..bla..bla....
題主，作為一個土木生，您就別鬧了...我他媽還沒鬧明白撒... (╯°Д°)╯︵ ┻━┻以上想到一種更精確的表述方法：一隻餃子，煮熟了盛起來。餃子皮先涼了，然後變硬了，可是餡還沒涼，由於熱脹冷縮，餡涼的過程要縮小，餃子皮和餡又粘在了一起，於是餡縮小後餃子皮就有一個力讓它縮小的力，同理餃子餡受到餃子皮給它的撐大的力。把上述餃子皮和餡換作H型鋼的翼緣和腹板，就是殘餘應力的產生原因了。--------------------------------------------------你腳40碼，穿40碼的鞋。後來你腳長大了，鞋子還沒變，而且比較硬，於是你腳不得不受到鞋子的擠壓。這就是殘餘應力。
重點來說說殘餘應力（Residual Stress）對鋼結構行為的影響
鋼結構中殘餘應力Residual Stress的產生和加工處理方式有很大關係，比如工字形（I－Beam）冷軋鋼製作過程，由於Flange邊緣一側首先冷卻而收縮，其餘部分仍然保持高溫狀態，因此截面應力發生改變形成受壓受拉的狀態，如下圖：
儘管截面存在殘餘應力，但是內部是自平衡狀態，形變不是非常明顯，除非再此基礎上進行切割，可能會發生形變，所以通常在切割或彎曲冷軋鋼時會產生較大的不均勻塑性變形。
那麼在結構施加荷載後，部分殘餘應力會和施加荷載產生的應力進行抵消或疊加，如下圖：
也就是原先截面要到達Fy才開始屈服，現在只要達到2/3Fy截面就已經開始屈服了。
下面主要談談殘餘應力對受壓構件（Compression member）的影響
由於殘餘應力作用，邊緣部分首先屈服，使得受壓構件的的抗壓能力弱於之前不受殘餘應力的情況。
為了區別邊緣的屈服部分，因此要引入有效極慣性距（未屈服部分）來進行計算，如下圖：
殘餘應力對受壓構件影響也可以由應力和長細比（Slenderness Ratio）來顯示如下圖：
從兩個圖中很明顯的看出，在未考慮殘餘應力影響情況結構到達2/3Fy對應的長細比向右全為彈性行為（Elastic behaviour）向左全為非彈性行為（In－elastic behaviour），在考慮殘餘應力影響情況，當結構到達1/2Fy對應的長細比向右全為彈性行為，向左全為非彈性行為，因此殘餘應力對結構非彈性行為發生的區間產生了影響。
當然殘餘應力還有一些其他對結構的影響，有機會再補充！希望對題主有幫助！
當年畢業論文用Abaqus詳細的模擬了鋼結構的殘餘應力。其實殘餘應力不但出現在焊接構件里，軋制構件在冷卻的過程中也會產生。殘餘應力產生的原因歸根結底為熱脹冷縮。
熱軋和焊接鋼結構構件，都會因為結構不同部位的不同冷卻速度，產生殘餘應力。對工字型斷面，因為翼緣兩端暴露於空氣中的面積大於翼緣與腹板交界處的面積所以翼部首先冷卻，收縮變形結束；等腹板需要冷卻收縮的時候，就會壓縮已經冷卻的翼緣，所以軋制工字鋼翼緣初始受壓，腹板初始受拉。 而焊接殘餘應力則是就在遠離焊縫部位產生壓應力，而在焊縫處因為冷卻變形較慢收縮變形受阻，所以產生拉應力。
殘餘應力是自相平衡的，只有對鋼結構構件進行二階塑性分析時，才需要考慮其影響。並且分析時通常會假定沿厚度方向，殘餘應力數值不變。當年做畢業設計殘餘應力分析，取值是按照ECCS-8 Ultimate limit state calculation of sway frames with rigid joints (1984)的公式。在Abaqus里定義了31個integrated point，並在這31個點位上，按照ECCS-8的數值依次輸入應力。最終和實驗室里出來的結果完美擬合。
消除殘餘應力的方法：
熱處理熱處理是通過加熱來改變構件的溫度。鋼材在加熱時會降低屈服強度，當殘餘應力大於屈服強度時，材料內部的將會產生變形釋放初始應力。非熱法：可以通過機械處理或者局部振動方法取消殘餘應力。
最近開通了BIM+Revit專欄，歡迎關注；如果有特別感興趣的話題，歡迎一起討論：
Revit 專欄 - 知乎專欄題主說的只是殘餘應力的一種形式，殘餘應力的定義是：構件在製造過程中，將受到來自各種工藝等因素的作用與影響；當這些因素消失之後，若構件所受到的上述作用與影響不能隨之而完全消失，仍有部分作用與影響殘留在構件內，則這種殘留的作用與影響。也稱殘餘應力。簡單的說殘餘應力是由某個機械加工過程產生的，例如焊接，開平等，但是這個加工過程結束以後，這個應力沒有因為加工過程的結束而消失。所以叫殘餘應力，焊接的殘餘應力僅僅是殘餘應力的一種，也是最常見的一種，我覺得這個更應該放在機械的話題里，畢竟機械是專門研究這個的。。
舉個在工廠里看到的例子吧，希望能幫助題主理解這個概念。
當時工廠要把這麼幾個塊東西焊在一起，理想的焊接結果如下圖
在知乎上看過很多經驗，有時候替代了百度的作用。最近正好在研究殘餘應力，研究對象主要是高溫合金，將一些基本知識做個科普。
1.什麼是殘餘應力
殘餘應力是由於工件在製備過程中，在構件內部產生的應力。在無外力作用下，以平衡狀態存在於物體內部的應力。從概念可以看出，殘餘應力不是指一個數值而是一個分布狀態或稱為殘餘應力場。殘餘應力不只存在壓應力或拉應力而是同時存在與之平衡的拉應力或壓應力。殘餘應力是彈性應力，理論上其數值不應該超過材料的屈服強度。
殘餘應力產生的原因主要包括：1.不均勻變形：塑性變形後，載荷去除後內部由於變形形成的應力；2.熱作用：簡單舉例：冷卻過程中外部冷卻快，內部冷卻慢，因而外部呈現拉應力，內部呈現壓應力狀態；還有因為相變等等原因產生的熱殘餘應力。3.化學作用產生的應力。
殘餘應力產生過程可用圖1簡單表示，在沒有應力作用下從物體R中切取正方形的A部分。接著將切下來的A進行任意操作變成B，此時若要再想將其放入R，則需將其施加作用力變成C，然後如D將其放入R。若此時將力釋放，則會像E中所示，所放入的部分與其周邊均會發生變形。這就是產生殘餘應力的狀態。反之，通過對切取部分變形量進行測量，可反推出殘餘應力的大小。這也是殘餘應力測試的方法。
圖1 殘餘應力產生過程
2.金屬類殘餘應力檢測方法
分類：有損檢測；無損檢測。區別就是是否破壞試樣。
測試方法有很多種，亂七八糟使用不多的方法就不說了，僅介紹最常用的測試方法以及最新的很牛逼的測試方法：
（1）盲孔法：
屬於有損檢測法，在有殘餘應力的的構件上鑽一小孔，使孔的領域由於部分應力釋放產生相應位移形變，經換算得到孔處原有應力。
（2）X射線衍射法
X射線衍射主要是利用晶體X射線衍射的布拉格方程，依據晶體衍射峰的偏移方向和幅度來確定殘餘應力的性質和大小。屬於無損檢測，測試精度高。缺點是僅能完成表層應力值測試：厚度根據材質不同大概在幾微米到幾十微米之間。通過逐層剝離可進行構件更深處殘餘應力值測定，但是剝離會對測試結果精度有一點影響。尤其是表層殘餘應力梯度大的試樣，影響尤甚。
工欲善其事必先利其器，接下來是我看好的（貴的），未來使用會很多（想發好文章必備）的測試方法，同步輻射沒用過，中子衍射將要用還沒用，所以不發表評論，抄一段文獻。
（3）同步輻射
同步輻射檢測殘餘應力的原理是利用電磁輻射所產生的波，在零件表面發生衍射判斷原子間距發生的變化進而推導出殘餘應力。該電磁輻射是相當於光速速度的帶電粒子在弧形軌道上運動時發出的，同時又可以稱為「同步加速器輻射」或「同步光」。與傳統的X光相比，同步輻射波長具有亮度強、波譜寬、準直度高、脈衝性和偏振性等獨特性能，測定殘餘應力時可以選用不同晶面和測定不同深度，可開展空間解析度高的殘餘應力無損測定和結合試驗台開展某些原位實驗，它的缺點是因使用多級加速器而佔地面積大和運行投入成本高。
（4）中子衍射
中子衍射和同步輻射一樣，都是利用晶體衍射的布拉格方程來計算出應變再算出殘餘應力，與其他方法相比，中子衍射的穿透層較深，鋁合金為200mm，鋼鐵材料為80mm，（可是據要去做實驗的地方說高溫合金穿透8mm），空間解析度目前最好的為0.5mm，因此測定殘餘應力時獲得的是至少0.5mm內的平均殘餘應力。它的優點是可無損原位測定材料內部的殘餘應力，缺點是測定的數值是較大區域內的平均應力，對測定殘餘應力梯度分布，尤其是噴丸強化的殘餘應力分布很難精確測定，而且設備投入大運行費用高。
3.高溫合金殘餘應力消除常用方法
（1）調整製備工藝參數：因為在構件製備工藝過程中，大多階段都可以引入殘餘應力，包括合金熔煉、鍛造，軋制，焊接，切削等加工過程、熱處理冷卻等都會導致殘餘應力產生，因此首先要做的就是調整工藝參數。
（2）去應力退火（最常用）：通過低溫熱處理，消除內部殘餘應力。
（3）振動消除（沒用過，去一家單位交流時聽說的，反正高溫合金上沒聽說有人用）：用攜帶型強力激振器，使金屬結構產生一個或多個振動狀態，從而產生如同機械載入時的彈性變形，使零件內某些部位的殘餘應力與振動載荷疊加後，超過材料的屈服應力引起塑性應變，從而引起內應力的降低和重新分布。
（4）噴丸：放在這裡可能不合適，但是通過構件表面進行噴丸可有效改善構件表層殘餘應力。
4.一些想法
本來想寫的挺多，領導臨時通知出差，明天一早6點火車，需要準備的東西很多就打住了，思路也有點亂，說的不到位，也沒有校對，有機會再修改。最後說一些感想。最近關於殘餘應力的研究越來越多，這是好事，因為從另一個角度這也說明我國工業水平上去了，一些鍛造軋制熱處理之類的工藝環節已經大部分攻克，已經將研究目標瞄準了更細緻、理論深度更高的殘餘應力方向。我接觸到關於殘餘應力的課題很多，研究金屬材料不同加工過程中殘餘應力的檢測、消除，甚至還有一些標準的制定，將殘餘應力作為構件合格與否的判斷指標。希望更多這個領域的專家一起學習交流，我有好幾籮筐問題想請教這個領域的專家！！！！！！！
作為有素質的科研工作者，放幾本參考文獻：
【1】殘餘應力的產生與對策【D】，（日）米穀茂
【2】殘餘應力測試分析技術【J】，宋俊凱等
【3】航空鋁合金殘餘應力消除及評估技術研究【D】王秋成
殘餘應力英文名字是residual stress，這一概念經常在基礎的材料工程與科學的教科書中提到。
對殘餘應力的理解來自一門關於晶體位錯理論的課程，其中提到晶體中原子不完美排列的現象可以是由大量的位錯導致，而單位體積內的晶體可能有正位錯和負位錯相互存在，從而晶體的能量處於較低的狀態。
當然也有高能量的狀態，便是單位體積內正位錯或者負位錯的數量不相近，便導致了晶體形變。眾所周知，99%固體由多晶組成，單晶固體很少出現在實驗室或大型公司的生產車間之外的環境。假如各個晶體之間的形變是不可相互低調的，那麼多晶中的一個晶包必然遭受著四周其他晶體的擠壓，這種壓力是三維的，且不會因為外力消失而消失。
從而單位體積上的殘餘應力便可理解。殘餘應力是指消除外力或不均勻的溫度場等作用後仍留在物體內的自相平衡的內應力。機械加工和強化工藝都能引起殘餘應力。如冷拉、彎曲、切削加工、滾壓、噴丸、鑄造、鍛壓、焊接和金屬熱處理等，因不均勻塑性變形或相變都可能引起殘餘應力。殘餘應力一般是有害的，如零件在不適當的熱處理、焊接或切削加工後，殘餘應力會引起零件發生翹曲或扭曲變形，甚至開裂。或經淬火、磨削後表面會出現裂紋。殘餘應力的存在有時不會立即表現為缺陷，而當零件在工作中因工作應力與殘餘應力的疊加，使總應力超過強度極限時，便出現裂紋和斷裂。零件的殘餘應力大部分都可通過適當的熱處理消除。殘餘應力有時也有有益的方面，它可以被控制用來提高零件的疲勞強度和耐磨性能。
當前的情況是，鋼件在焊接後會對殘餘應力進行消除，但是受制於環保要求喝工件的體積，熱處理已經漸漸棄用，振動時效設備被普遍應用，操作簡單環保，應力的消除率很高。
或者只進行焊縫位置的應力消除，豪克能超聲衝擊槍的消除率很好。
。
超聲殘餘應力檢測可以解決這個問題：殘餘應力檢測獲得重大突破-杭州戩威機電科技有限公司運用超聲技術成功研製出 超聲殘餘應力檢測儀 完全顛覆了傳統的如貼片，鑽孔，X射線的測試方法。具有精度更高（10MP)，速度更快(5秒/次），深度更深（2mm），無損，更加小巧便於攜帶可以野外操作，是殘餘應力測試上的一次跨越性進步！
一瓶可樂通俗的給你解釋下。
把瓶內的氣壓比作殘餘應力
瓶身整體比作結構
無殘餘應力：裡頭沒有脹氣，瓶身（結構）不出現感官變化及破壞
有殘餘應力：裡頭氣脹可，瓶身（結構）出現變化但不破壞，瓶子脹起或者很硬（達到境界點）
殘餘應力過大：瓶內氣壓接近極限，瓶身有很大幾率出現裂縫甚至爆炸（結構破壞）
可現實中結構畢竟不是可樂瓶，有殘餘應力也沒有表象更不是能用肉眼立馬發現的，往往是潛移默化，冷不丁的給你一個驚喜。某年ABS醜聞，現場船檢不過關，未發現焊工問題，致使航行中甲板焊接處開裂。 原因是甲板更換時因焊接引起的熱態形變處理不當，殘餘應力過大。題主有興趣就去翻官方簡報，有詳細說明。做工科還是要多看看實際項目。匿了
佔個坑，明天回去翻翻課本。忽然忘記該怎麼回答了。
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