振動(dòng)時(shí)效去應(yīng)力
殘余應(yīng)力對(duì)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(jì)時(shí)，是以焊縫系數(shù)來(lái)綜合計(jì)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(duì)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響已開始引起重視。從大量的實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度因子幅值ΔK外，平均應(yīng)力等因素對(duì)疲勞裂紋的擴(kuò)展也有影響。這種影響在不同循環(huán)特性（R=Kmin/Kmax）時(shí)，用Paris公式整理的da/dN--ΔK曲線。在同一ΔK值時(shí)，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(shí)，疲勞裂紋擴(kuò)展速度率將比平均應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí)低。這表明了壓縮殘余應(yīng)力可以提高疲勞強(qiáng)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(dá)到材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，可以這樣分析結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，而一旦殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力之和超過(guò)了材料的拉伸屈服強(qiáng)度，則結(jié)構(gòu)中實(shí)際的應(yīng)力循環(huán)又是另一種情況，由于材料已進(jìn)入屈服，因此，實(shí)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(wú)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(gè)很重要的概念，因?yàn)椋f(shuō)明一個(gè)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(lái)。
理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明；殘余應(yīng)力的存在嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，尤其是焊縫處高達(dá)屈服強(qiáng)度的拉伸殘余應(yīng)力將大大降低焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。
振動(dòng)時(shí)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(shí)例。從降低殘余應(yīng)力這個(gè)作用來(lái)說(shuō)，它也將提高結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度，并且已經(jīng)有了這方面試驗(yàn)結(jié)果。
不同狀態(tài)轉(zhuǎn)向梁側(cè)梁疲勞試驗(yàn)結(jié)果
編 號(hào) 試 件 狀 態(tài) 開裂壽命（次） 總壽命（次）
1 焊 態(tài) 143，100 456，000
2 熱 時(shí) 效 158，000 491，500
3 振 動(dòng) 時(shí) 效 362，000 934，300
斷裂理論認(rèn)為；疲勞破壞主要經(jīng)歷疲勞裂紋萌生、穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展和斷裂。失穩(wěn)擴(kuò)展和斷裂是無(wú)法控制的瞬間過(guò)程。因此，疲勞壽命主要是裂紋萌生和穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展兩個(gè)階段的壽命。
疲勞裂紋是一般成核于工程材料的微觀缺陷，或由于材料性能不均勻而在較低的循環(huán)應(yīng)力下表面局部區(qū)域產(chǎn)生的滑移帶，疲勞裂紋萌生壽命包括微觀裂紋的成核與擴(kuò)展兩個(gè)過(guò)程，是疲勞損傷的累積過(guò)程。
振動(dòng)時(shí)效是采用低應(yīng)力降低高殘余應(yīng)力的方法，施加的動(dòng)應(yīng)力較小，且循環(huán)周次一般不超過(guò)次，那么，根據(jù)線性累積損傷理論，如此的應(yīng)力循環(huán)在整個(gè)疲勞損傷的累積過(guò)程中其影響是微乎其微的，其次，經(jīng)振動(dòng)時(shí)效后結(jié)構(gòu)件“經(jīng)受了低載荷鍛煉”，屬于多級(jí)載荷循環(huán)中的先低后高者，其累積損傷指數(shù)大于1，因而其壽命較長(zhǎng)。
綜上所述，振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在消除殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)上，能夠提高結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命。