[科普中国]-内应力

基本信息

**1.**物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面垂直的称为正应力或法向应力。

**2.**在没有外力存在下，材料内部由于加工成型不当，温度变化，溶剂作用等原因所产生的应力。

3、消除内应力的几种方法：一是对物体进行热处理（针对金属材料、高分子材料等工件）。二是放到自然条件下进行消除（即自然时效消除内应力）。三是人工通过敲打振动等方式进行消除。四是通过超声冲击震荡来优化应力，或改变应力的方向。

内应力是在结构上无外力作用时保留于物体内部的应力。

没有外力存在时,弹性物体内所保存的应力叫做内应力,它的特点是在物体内形成一个平衡的力系,即遵守静力学条件.按性质和范围大小可分为宏观应力,微观应力和超微观应力.按引起原因可分为热应力和组织应力.按存在时间可分为瞬时应力和残余应力.按作用方向可分为纵向应力和横向应力。

具体事例1、钢材的内应力

一块钢板是由无数个铁原子（包括其它成分的原子）所组成的，原子与原子之间之所以能够紧密的连接在一起，而不像一盘沙子一样，是铁原子之间有强大的金属键紧紧的“拉”在一起的，原子之间的“拉力”会由于相邻原子之间的位置远近、角度差异，而导致其“拉力”会在整个钢板的平面内不是很均匀，通俗的说：有些方向的“拉力”大，而有些方向的“拉力”小，但是，由于钢板是在轧钢机轧成平板后，这些钢材立面分子之间的“拉力”会暂时趋于平衡，但是，如果将钢板用刨床将其切削一部分，比如：切薄一半的厚度，这时，剩下的钢板立马将会发生变形，如：发生翘曲，这就是内应力在起作用。

2、西瓜的内应力

可能你会有过这样的经历：有一种西瓜，刀刚刚接触西瓜，那西瓜会“嘭”的一声，自然裂开，这就是里面存在着内应力，当你开启一个小口（或者叫裂纹），那内应力会让这个西瓜整个打开。这个内应力，也是分子之间的“拉力”造成的。

分类取向应力

塑胶材料分子链在成型过程中由于受到高压和高剪切力作用导 致分子链发生剧烈变化，在分子未完全回复乱序及松弛的自然状态 前即遭冻结，从而导致残留取向应力，尤以PC材料最为明显，其 它如PC/ABS、PSU等也存在同样问题．这种状况的出现与 其分子链结构有密切的关系 剪切取向应力代表塑料加工过程中由于剪切流动造成应力大小，它受塑胶流动速率与黏度的影响．在充填结束瞬间，由于充填 体积变少，流量固定时射速增加，加上塑胶较冷，黏度较高，因此 最后充填位置的剪切应力较高，塑料可能会产生裂解及较高的残留 应力产生位置：浇口位置，因射速快或保压时间长而容易产生挤 压取向应力；壁厚急剧变化处（特别是由厚到薄处）会因壁薄位置剪切力强而产生挤压取向应力；料流充填不平衡处会因为过度充填而造成局部挤压而产生挤压取向应力。

收缩应力

分子链在从熔融到冷却的过程中，因为产品壁厚或者冷却水路的差别而导致冷却温度的不均匀，从而导 致不同温度部位的收缩不同，那在收缩率不同部位，界面之间会因为拉伸剪切而产生残留应力产生位置：主要发生在壁厚不均之产品上．壁厚变化剧烈的位置，由于热量散发不均匀，所以容易产生不同的收缩取向。

影响因素产品结构：尖角的存在，容易导致在该位置应力 集中的情况发生．当受到外力冲击或溶剂诱导作 用时就会产生应力开裂． 壁厚分布不均匀，也会导致应力的产生．在壁厚产生变化的区域，会因为厚度变化而产生剪切速 度的变化，从而会导致应力的发生 。

模具结构：浇口大小及位置的设置不合适 也会导致料流填充不平衡，局部位置可能 会过度充填，产生较大挤压剪切应力，造 成类似保压过大所造成的应力。

射出速度：提高射出速度，可降低分子链取向程度，有利于降低残留应力。

射出压力：射出压力过大，容易导致局部压力过大而产生应力；但是射出压力太低，则不能达到所设定的射出速度，还会因为料流冷却而加大剪切，导致分子链取向应力增大，同样会有较大残留应力。

保压压力与时间：保压过度和时间过长都会增大浇口处的分子取向而产生较大残留应力。

模具温度：模具温度太低，会导致应力不能及时释放而残留。

熔融温度：提高成型温度，会降低塑胶材料的黏度而降低分子链的取向应力，从而降低残留应力。

以上成型条件在应力影响方面相互制约，所以成 型时针对残留应力的调整需要综合各方面的情况。

假说内应力假说建立了一组描述脆性材料强度指标和弹模指标尺寸效应的方程；该假说认为内应力场或者说内应力能会随试件尺寸加大而加大，在引起材料强度指标随试件尺寸加大而减小的同时，还会引起材料初始切线弹模随试件尺寸加大而加大的弹模尺寸效应1。