19.10 : Остаточные напряжения в круглом валу

В материалах, которые демонстрируют упругое и пластическое поведение, известных как упругопластические материалы, остаточные напряжения могут накапливаться, когда эти материалы подвергаются пластической деформации. Эта деформация возникает либо из-за высокого уровня напряжения сдвига, либо из-за значительных деформаций. Остаточные напряжения — это внутренние напряжения, которые сохраняются внутри материала после устранения внешней силы, вызывающей деформацию. Это явление проявляет себя при наблюдении за поведением вала под действием крутящего момента; в частности, угол закручивания вала не возвращается в исходное состояние после снятия крутящего момента, что указывает на наличие остаточного напряжения. Это поведение графически представлено на диаграмме зависимости крутящего момента от угла закручивания, где процесс разгрузки вала изображается в виде линейной траектории.

Методика расчета этих остаточных напряжений включает принцип суперпозиции. Он включает в себя два этапа: первоначальную оценку напряжений, вызванных приложенным крутящим моментом во время фазы нагрузки, за которой следует оценка напряжений, создаваемых приложением равного и противоположного крутящего момента для разгрузки вала. Распределение остаточных напряжений внутри вала определяется путем суммирования этих двух реакций на напряжение. Дальнейший анализ, отображающий зависимость напряжения от радиального расстояния, показывает, что остаточные напряжения могут соответствовать исходному направлению напряжения или противодействовать ему. Это понимание имеет решающее значение для оценки устойчивости материалов и структурной целостности в условиях стресса.