本文紧接上文“热应力的形成过程”为你讲解温度不均匀引起的残余应力。
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如果T型梁铸件在应力作用下不产生弯曲变形,则两杆中的残余热应力与所产生的弹性变形()有关。以σⅠ、σⅡ表示杆Ⅰ和杆Ⅱ的应力;F1和F2表示两杆的截面积,则 杆Ⅰ所受拉力为PⅠ=σⅠF1 杆Ⅱ所受拉力为PⅡ=σⅡFⅡ 由杆系中各力平衡∑p=0,有σⅠF1=σⅡFⅡ(1-1)
假设材料在拉伸和压缩时弹性模量相等,其值为E,则根据虎克定律:σⅠ=EξⅠ σⅡ=EξⅡ
由图1-3可知,两杆长度的差值a3b3=ξⅠξⅡ,其值与杆Ⅰ温度为tk时两杆的温度差(tⅠ -tⅡ)称正比,即ξ1ξ1Ⅰ=a•(tⅠ -tⅡ)
或σⅠσⅡ=E•a•(tⅠ -tⅡ) (1-2) 或式(1-2)与 式(1-3) 联立,可得:
杆Ⅰ的拉应力:σⅠ=FⅡE•a•(tⅠ -tⅡ)/(FⅠ+FⅡ) (1-3)
杆Ⅱ的拉应力:σⅡ=FⅠE•a•(tⅠ -tⅡ)/(FⅠ+FⅡ) (1-4)
由式(1-4)可以看出,铸造应力与粗、细杆的面积,材料的线膨胀系数和粗杆到塑—弹性转变温度时粗细杆的温度有关。
由上所述,可以知道铸件热应力的形机理:在金属冷却过程中,由塑性状态转变为弹性状态时,壁厚不同的部分进入弹性状态的先后不同,产生了不均匀的塑性变形。当铸件厚壁均为弹性状态时,这个塑性变形差值需要靠产生的弹性变形来补偿,这样就使铸件的不同部位上产生了符号、大小不同的残余应力。在高于或低于这个温度区间内,冷却速度对残余应力实际上没有影响。
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