[揽瓜阁精读] 3. Residual Stress

ArielWen

在高科技版本的工艺中，工程师可以操纵物体的内部应力场，使其具有所需的特性。当人们被告知牙齿填充物含有锁定应力时，普通人可能会感到轻微的恐慌。我们都有一种模糊的认识，即压力会导致骨折，并能隐约回忆起与压力相关的失败的戏剧性事例。因此，我们可能会觉得所有的材料应力都没有挽回价值，如果可能的话，应该消除。

对材料行为的真实描述既复杂又有趣。事实证明，在不引入永久内应力的情况下，很难加工刚性材料。大多数常见的制造操作，如车削、磨削、热处理、表面硬化和焊接，都会产生内应力，许多熟悉的物体都会受到内应力的影响，包括牙科填料、计算机芯片和管道。但这些残余应力既有益也有害。事实上，制造商有时会不遗余力地引进它们。工匠们早已知道许多与压力有关的效果和获得它们的方法。新的是能够直接测量应力场，而不是从战争页面和破坏中推断其性质。工程设计的几个趋势使这种分析能力变得重要。

其中一个趋势是非传统材料的扩散。使用剑或弹簧的最佳方法可能是已知的，但对于陶瓷换能器、半导体晶片或复合空气箔来说，还没有类似的知识。第二个趋势是削减安全边际。传统上，桥梁和其他承重结构的安全系数很大，但这种做法所需材料的过度使用越来越不经济；对于必须放样到空间的物体，大的安全系数是完全不切实际的。第三个趋势是许多工程系统的规模缩小。残余应力在芯片表面的微观金属互连中起着比在厚电缆中更重要的作用。