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    物體由于外因（受力、濕度、溫度場(chǎng)變化等）而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力稱(chēng)為應(yīng)力。應(yīng)力是矢量，沿截面法向的分量稱(chēng)為正應(yīng)力，沿切向的分量稱(chēng)為切應(yīng)力

    物體中一點(diǎn)在所有可能方向上的應(yīng)力稱(chēng)為該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。但過(guò)一點(diǎn)可作無(wú)數(shù)個(gè)平面，是否要用無(wú)數(shù)個(gè)平面上的應(yīng)力才能描述點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)呢？通過(guò)下面的分析可知，只需用過(guò)一點(diǎn)的任意一組相互垂直的三個(gè)平面上的應(yīng)力就可代表點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，而其它截面上的應(yīng)力都可用這組應(yīng)力及其與需考察的截面的方位關(guān)系來(lái)表示。

    如右圖所示，P為直角坐標(biāo)系0XYZ中一變形體內(nèi)的任意點(diǎn)，在此點(diǎn)附

近切取一個(gè)各平面都平行于坐標(biāo)平面的六面體。此六面體上三個(gè)互相垂直的三個(gè)平面上的應(yīng)力分量即可表示該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。

    為規(guī)定應(yīng)力分量的正負(fù)號(hào)，首先假設(shè)：法向與坐標(biāo)軸正向一致的面為正面；與坐 標(biāo)軸負(fù)向一致的面為負(fù)面。進(jìn)而規(guī)定：正面上指向坐標(biāo)軸正向的應(yīng)力為正，反之為負(fù)； 負(fù)面上指向坐標(biāo)軸負(fù)向的應(yīng)力為正，反之為負(fù)。三個(gè)正面上共有九個(gè)應(yīng)力分量（包括三個(gè)正應(yīng)力和六個(gè)切應(yīng)力）。此九個(gè)應(yīng)力分量可寫(xiě)成如下矩陣形式：

    應(yīng)力分量的第一個(gè)下標(biāo)表示作用平面的法向；第二個(gè)下標(biāo)表示應(yīng)力作用的方向。正應(yīng)力的兩個(gè)下標(biāo)是一樣的，故用一個(gè)下標(biāo)簡(jiǎn)寫(xiě)之。

由于切應(yīng)力互等定理，上列矩陣中對(duì)角的切應(yīng)力是相等的，即：τxy=τyx, τyz=τzy, τzx=τxz。因此，此矩陣為對(duì)稱(chēng)矩陣，九個(gè)應(yīng)力分量中六個(gè)應(yīng)力分量是獨(dú)立的。

主應(yīng)力

    如果作用在某一截面上的全應(yīng)力和這一截面垂直，即該截面上只有正應(yīng)力，切應(yīng)力為零，則這一截面稱(chēng)為主平面，其法線方向稱(chēng)為應(yīng)力主方向或應(yīng)力主軸，其上的應(yīng)力稱(chēng)為主應(yīng)力。如果三個(gè)坐標(biāo)軸方向都是主方向，則稱(chēng)這一坐標(biāo)系為主坐標(biāo)系。

    在塑性力學(xué)中，常將應(yīng)力張量分解為：

    式中，稱(chēng)為平均正應(yīng)力。等號(hào)右端第一項(xiàng)稱(chēng)為球形應(yīng)力張量；第二項(xiàng)可記為：

    稱(chēng)為應(yīng)力偏量張量。

    在求解主應(yīng)力的過(guò)程中會(huì)得到以主應(yīng)力為未知數(shù)的三次方程，叫做狀態(tài)方程。

    狀態(tài)方程的三個(gè)系數(shù)唯一由主應(yīng)力確定，而一點(diǎn)的主應(yīng)力是唯一的，這樣就得到了不隨坐標(biāo)變化的三個(gè)量，叫作應(yīng)力張量不變量。

    以上說(shuō)明的都是一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，而物體內(nèi)部不同點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)一般是不同的，那么如何描述相鄰點(diǎn)間的應(yīng)力變化關(guān)系呢？

    以物體內(nèi)某一點(diǎn)P(x,y,z)為頂點(diǎn)截取邊長(zhǎng)分別為dx,dy,dz的直角平行六面體微元，另一個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)則為(x+dx,y+dy,z+dz)。根據(jù)靜力平衡方程，并處理掉高階小量，得到應(yīng)力平衡微分方程。

    同截面垂直的稱(chēng)為正應(yīng)力或法向應(yīng)力，同截面相切的稱(chēng)為剪應(yīng)力或切應(yīng)力。應(yīng)力    會(huì)隨著外力的增加而增長(zhǎng)，對(duì)于某一種材料，應(yīng)力的增長(zhǎng)是有限度的，超過(guò)這一限度，材料就要破壞。對(duì)某種材料來(lái)說(shuō)，應(yīng)力可能達(dá)到的這個(gè)限度稱(chēng)為該種材料的極限應(yīng)力。極限應(yīng)力值要通過(guò)材料的力學(xué)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。將測(cè)定的極限應(yīng)力作適當(dāng)降低，規(guī)定出材料能安全工作的應(yīng)力最大值，這就是許用應(yīng)力。材料要想安全使用，在使用時(shí)其內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)低于它的極限應(yīng)力，否則材料就會(huì)在使用時(shí)發(fā)生破壞。

    有些材料在工作時(shí)，其所受的外力不隨時(shí)間而變化，這時(shí)其內(nèi)部的應(yīng)力大小不變，稱(chēng)為靜應(yīng)力；還有一些材料，其所受的外力隨時(shí)間呈周期性變化，這時(shí)內(nèi)部的應(yīng)力也隨時(shí)間呈周期性變化，稱(chēng)為交變應(yīng)力。材料在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的破壞稱(chēng)為疲勞破壞。通常材料承受的交變應(yīng)力遠(yuǎn)小于其靜載下的強(qiáng)度極限時(shí)，破壞就可能發(fā)生。另外材料會(huì)由于截面尺寸改變而引起應(yīng)力的局部增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力集中。對(duì)于組織均勻的脆性材料，應(yīng)力集中將大大降低構(gòu)件的強(qiáng)度，這在構(gòu)件的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意。

    物體受力產(chǎn)生變形時(shí)，體內(nèi)各點(diǎn)處變形程度一般并不相同。用以描述一點(diǎn)處變形的程度的力學(xué)量是該點(diǎn)的應(yīng)變。為此可在該點(diǎn)處到一單元體，比較變形前后單元體大小和形狀的變化。

單位：Pa，Psi

    一個(gè)圓柱體兩端受壓，那么沿著它軸線方向的應(yīng)力就是壓應(yīng)力。壓    應(yīng)力就是指使物體有壓縮趨勢(shì)的應(yīng)力。 不僅僅物體受力引起壓應(yīng)力，任何產(chǎn)生壓縮變形的情況都會(huì)有，包括物體膨脹后。 另外，如果一根梁彎曲，不管是受力還是梁受熱不均而引起彎曲，等等，彎曲內(nèi)側(cè)自然就受壓應(yīng)力，外側(cè)就受拉應(yīng)力。

    其實(shí)，拉應(yīng)力表示正值的正應(yīng)力，壓應(yīng)力表示負(fù)值的正應(yīng)力。
　　應(yīng)力的單位為Pa。 
　　1 Pa=1 N/m2 
　　工程實(shí)際中應(yīng)力數(shù)值較大，常用MPa或GPa作單位 
　　1 MPa=10^6Pa
　　1 GPa=10^9Pa

    應(yīng)力儀或者應(yīng)變儀是來(lái)測(cè)定物體由于內(nèi)應(yīng)力的儀器。一般通過(guò)采集應(yīng)變片的信號(hào)，而轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行分析和測(cè)量。

    方法是：將應(yīng)變片貼在被測(cè)定物上，使其隨著被測(cè)定物的應(yīng)變一起伸縮，這樣里面的金屬箔材就隨著應(yīng)變伸長(zhǎng)或縮短。很多金屬在機(jī)械性地伸長(zhǎng)或縮短時(shí)其電阻會(huì)隨之變化。應(yīng)變片就是應(yīng)用這個(gè)原理，通過(guò)測(cè)量電阻的變化而對(duì)應(yīng)變進(jìn)行測(cè)定。一般應(yīng)變片的敏感柵使用的是銅鉻合金，其電阻變化率為常數(shù)，與應(yīng)變成正比例關(guān)系。

    通過(guò)惠斯通電橋，便可以將這種電阻的比例關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓。然后不同的儀器，可以將這種電壓的變化轉(zhuǎn)化成可以測(cè)量的數(shù)據(jù)。

    對(duì)于應(yīng)力儀或者應(yīng)變儀，關(guān)鍵的指標(biāo)有： 測(cè)試精度，采樣速度，測(cè)試可以支持的通道數(shù)，動(dòng)態(tài)范圍，支持的應(yīng)變片型號(hào)等。并且，應(yīng)力儀所配套的軟件也至關(guān)重要，需要能夠?qū)崟r(shí)顯示，實(shí)時(shí)分析，實(shí)時(shí)記錄等各種功能，高端的軟件還具有各種信號(hào)處理能力。

    另外，有一些儀器是通過(guò)光譜，膜片等原理設(shè)計(jì)的。

    因?yàn)閼?yīng)力的存在，在受到外界作用后（如移印時(shí)接觸到化學(xué)溶劑或者烤漆后端時(shí)高溫烘烤），會(huì)誘使應(yīng)力釋放而在應(yīng)力殘留位置開(kāi)裂。開(kāi)裂主要集中在澆口處或過(guò)度填充處。

    因?yàn)闅埩魬?yīng)力的存在，因此產(chǎn)品在室溫時(shí)會(huì)有較長(zhǎng)時(shí)間的內(nèi)應(yīng)力釋放或者高溫時(shí)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)殘留應(yīng)力釋放的過(guò)程，同時(shí)產(chǎn)品局部存在位置強(qiáng)度差，產(chǎn)品就會(huì)在應(yīng)力殘留位置產(chǎn)生翹曲或者變形問(wèn)題。

    因?yàn)閼?yīng)力的存在，在產(chǎn)品放置后或處理的過(guò)程中，如果環(huán)境達(dá)到一定的溫度，產(chǎn)品就會(huì)因應(yīng)力釋放而發(fā)生變化。

    自然時(shí)效是通過(guò)把零件暴露于室外，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月至幾年的時(shí)間，使其尺寸精度達(dá)到穩(wěn)定的一種方法。大量的試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明，自然時(shí)效具有穩(wěn)定鑄件尺寸精度的良好效果。

    然而，經(jīng)過(guò)自然時(shí)效的工件，其殘余應(yīng)力的變化并不明顯，由圖3-1可見(jiàn)，鑄件試樣放置一年以后，殘余應(yīng)力僅降低2-10%；實(shí)測(cè)機(jī)床床身殘余應(yīng)力的結(jié)果表明，進(jìn)行為期一年的自然時(shí)效后，最大殘余應(yīng)力由80N/mm降至70N/mm平均殘余應(yīng)力由38N/mm降至30N/mm，即僅僅降低了大約10-20%。由此可見(jiàn)，經(jīng)自然時(shí)效后已停止變形的鑄件，仍然殘存著相當(dāng)大的殘余應(yīng)力。對(duì)于那些使用時(shí)需承受很大載荷的鑄件，當(dāng)在較高殘余應(yīng)力上再疊加使用應(yīng)力時(shí)就有可能影響鑄件的使用性能，因此必須慎重考慮是否應(yīng)該采用這種時(shí)效方法。

    最傳統(tǒng)、也是目前最普及的方法——熱時(shí)效法，把工件放進(jìn)熱時(shí)效爐中進(jìn)行熱處理，慢慢消除應(yīng)力。這種方法的缺點(diǎn)也非常顯著，比如衛(wèi)星制造廠對(duì)溫度控制要求非常嚴(yán)格的鋁合金工件以及長(zhǎng)達(dá)十米或者更大的巨型工件都無(wú)法用這種方法處理。而且這種方法還帶來(lái)了大量的污染和能源消耗，隨著中國(guó)及世界范圍內(nèi)對(duì)環(huán)保的進(jìn)一步要求，熱時(shí)效爐的處理方式馬上面臨全面退出的境地。

    這種方法雖然解決了熱時(shí)效的環(huán)保問(wèn)題，但是使用起來(lái)相當(dāng)煩瑣，要針對(duì)不同形狀的工件編制不同的時(shí)效工藝，如果有幾百上千種工件就要編幾百上千種工藝，而且在生產(chǎn)時(shí)操作相當(dāng)復(fù)雜，需要操作者確定處理參數(shù)，復(fù)雜工件必須是熟練的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員才能操作。更令人遺憾的是這種方法只能消除23%的工件應(yīng)力，無(wú)法達(dá)到處理所有工件的目的。

    振動(dòng)時(shí)效技術(shù)，國(guó)外稱(chēng)之為"Vibrating Stress Relief"（簡(jiǎn)稱(chēng)"VSR"）,旨在通過(guò)專(zhuān)用的振動(dòng)時(shí)效設(shè)備，使被處理的工件產(chǎn)生共振，并通過(guò)這種共振方式將一定的振動(dòng)能量傳遞到工件所有部位，使工件內(nèi)部發(fā)生微觀的塑性變形—被歪曲的晶格逐漸恢復(fù)平衡狀態(tài)。位錯(cuò)重新滑移并釘扎，最終使殘余應(yīng)力得到消除和均化，從而保證了工件尺寸精度的穩(wěn)定性。

    振動(dòng)時(shí)效的實(shí)質(zhì)是以共振的形式給工件施加附加動(dòng)應(yīng)力，當(dāng)附加動(dòng)應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后，達(dá)到或超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，工件發(fā)生微觀或宏觀塑性變形，從而降低和均化工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，并使其尺寸精度達(dá)到穩(wěn)定。