如图1所示,圆杆 为理想塑性材料, , 作用在 点,然后撤去,求杆的残余应力。已知杆的半径为 。
▲图1
荷载 作用在杆 处,可能会有四种情况: 都处于弹性状态; 塑性而 还是弹性; 塑性而 还是弹性; 都进入塑性状态。
按照弹性分析,得到 ,
段已经屈服,而 段还处于弹性状态。实际上, 时,就开始屈服。此时 段内力为
两段的应力分别为:
由于 段仍然处于弹性,伸长量为
屈服应变为:
▲图2
▲图3
当 作用在 点时, 段的应力应变行为由 移动到 , 段的应力应变行为由O移动到 。如图3所示,当撤去 ,相当于反方向施加一个大小相等的 。此时有完全的弹性变形发生, 段分别有反方向的 ,或者
此时,两部分的残余应力分别为:
移除外部荷载载将导致支反座力对弹性恢复作出响应。由于这些力会限制构件完全恢复,因此会在构件中产生残余应力。为了解决这类问题,可以将构件加载和卸载的整个循环视为正荷载(加载)与负荷载(卸载)的叠加。从O到C的荷载导致塑性应力分布,而沿CD的卸载仅导致弹性应力分布。叠加需要抵消这些荷载;然而,应力分布不会取消,因此残余应力将保留在构件中。
▲图4