【什么叫附加应力和残余应力】在工程力学与材料科学中，应力是一个非常重要的概念。它指的是物体内部由于外力作用或自身变化而产生的内力分布。在实际应用中，除了常见的外力引起的应力外，还存在两种特殊的应力类型：附加应力和残余应力。它们虽然不直接由外部载荷引起，但在结构设计、制造工艺以及材料性能方面具有重要影响。
一、什么是附加应力？
附加应力是指在正常工作状态下，由于某些非预期因素或额外条件而产生的应力。这些因素可能包括温度变化、材料不均匀性、装配误差、几何形状的不规则等。附加应力通常不是由主要外力直接导致的，而是由于其他辅助因素间接引发的。
例如，在机械加工过程中，如果零件被不均匀地加热或冷却，就会产生热变形，进而导致附加应力的出现。此外，在焊接过程中，由于焊缝区域与周围材料的热膨胀系数不同，也会产生较大的附加应力。
附加应力的存在可能会对结构的强度和寿命产生不利影响，特别是在高精度或高负荷的部件中，必须对其进行充分考虑和控制。
二、什么是残余应力？
残余应力是指在外部载荷卸除后，仍然存在于材料或构件内部的应力。这种应力通常是在制造、加工、热处理等过程中产生的，是材料内部组织变化或形变不均的结果。
常见的残余应力来源包括：
- 冷加工：如轧制、拉拔、冲压等过程中，材料发生塑性变形，导致内部产生不均匀的应力分布。
- 热处理：如淬火、回火等过程，由于温度梯度和相变引起的体积变化，会在材料内部形成残余应力。
- 焊接：焊接时局部高温使金属膨胀，冷却后收缩，造成各部位应力不一致。
- 铸造和锻造：金属在凝固或塑性变形过程中，由于冷却速度不均或受力不均，也会产生残余应力。
残余应力的存在可能导致材料的疲劳破坏、变形甚至开裂。因此，在许多工业领域中，如航空航天、汽车制造、压力容器等，都需要通过适当的工艺手段来消除或减小残余应力，以提高产品的安全性和使用寿命。
三、附加应力与残余应力的区别
尽管附加应力和残余应力都属于非外力直接引起的应力，但两者之间存在一些关键区别：
| 特征 | 附加应力 | 残余应力 |
| 产生原因 | 外部环境变化、装配误差等 | 加工、热处理、冷变形等 |
| 是否随外力消失 | 随外力消失而消失 | 不随外力消失而消失 |
| 对结构影响 | 可能导致局部失效 | 可能导致长期疲劳或变形 |
| 控制方式 | 优化设计、控制环境条件 | 工艺改进、热处理、矫直等 |
四、如何减少附加应力和残余应力？
1. 合理设计结构：避免不必要的应力集中，采用对称结构或合理的过渡设计。
2. 控制加工工艺：在加工过程中注意温度控制、冷却速率、变形控制等。
3. 进行退火或回火处理：通过热处理改善材料内部应力状态。
4. 使用矫直或振动消除法：对于已存在的残余应力，可以通过机械方法进行调整。
五、结语
附加应力和残余应力虽然在表面上看似“隐形”，但它们对材料和结构的影响却十分深远。理解并掌握这两种应力的产生机制和控制方法，有助于提升产品质量、延长使用寿命，并确保工程结构的安全可靠。在现代制造业中，对这两种应力的研究和控制已经成为一项不可或缺的技术内容。
