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    物體由于外因（受力、濕度、溫度場變化等）而變形時，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)力稱為應(yīng)力。應(yīng)力是矢量，沿截面法向的分量稱為正應(yīng)力，沿切向的分量稱為切應(yīng)力

    物體中一點在所有可能方向上的應(yīng)力稱為該點的應(yīng)力狀態(tài)。但過一點可作無數(shù)個平面，是否要用無數(shù)個平面上的應(yīng)力才能描述點的應(yīng)力狀態(tài)呢？通過下面的分析可知，只需用過一點的任意一組相互垂直的三個平面上的應(yīng)力就可代表點的應(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，在此點附

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

    為規(guī)定應(yīng)力分量的正負號，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)軸負向一致的面為負面。進而規(guī)定：正面上指向坐標(biāo)軸正向的應(yīng)力為正，反之為負； 負面上指向坐標(biāo)軸負向的應(yīng)力為正，反之為負。三個正面上共有九個應(yīng)力分量（包括三個正應(yīng)力和六個切應(yīng)力）。此九個應(yīng)力分量可寫成如下矩陣形式：

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

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

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，則這一截面稱為主平面，其法線方向稱為應(yīng)力主方向或應(yīng)力主軸，其上的應(yīng)力稱為主應(yīng)力。如果三個坐標(biāo)軸方向都是主方向，則稱這一坐標(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，稱為平均正應(yīng)力。等號右端第一項稱為球形應(yīng)力張量；第二項可記為：

    稱為應(yīng)力偏量張量。

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

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

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

    以物體內(nèi)某一點P(x,y,z)為頂點截取邊長分別為dx,dy,dz的直角平行六面體微元，另一個頂點的坐標(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。

    同截面垂直的稱為正應(yīng)力或法向應(yīng)力，同截面相切的稱為剪應(yīng)力或切應(yīng)力。應(yīng)力    會隨著外力的增加而增長，對于某一種材料，應(yīng)力的增長是有限度的，超過這一限度，材料就要破壞。對某種材料來說，應(yīng)力可能達到的這個限度稱為該種材料的極限應(yīng)力。極限應(yīng)力值要通過材料的力學(xué)試驗來測定。將測定的極限應(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，在使用時其內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)低于它的極限應(yīng)力，否則材料就會在使用時發(fā)生破壞。

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

    物體受力產(chǎn)生變形時，體內(nèi)各點處變形程度一般并不相同。用以描述一點處變形的程度的力學(xué)量是該點的應(yīng)變。為此可在該點處到一單元體，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，拉應(yīng)力表示正值的正應(yīng)力，壓應(yīng)力表示負值的正應(yīng)力。
　　應(yīng)力的單位為Pa。 
　　1 Pa=1 N/m2 
　　工程實際中應(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)變儀是來測定物體由于內(nèi)應(yīng)力的儀器。一般通過采集應(yīng)變片的信號，而轉(zhuǎn)化為電信號進行分析和測量。

    方法是：將應(yīng)變片貼在被測定物上，使其隨著被測定物的應(yīng)變一起伸縮，這樣里面的金屬箔材就隨著應(yīng)變伸長或縮短。很多金屬在機械性地伸長或縮短時其電阻會隨之變化。應(yīng)變片就是應(yīng)用這個原理，通過測量電阻的變化而對應(yīng)變進行測定。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)化成可以測量的數(shù)據(jù)。

    對于應(yīng)力儀或者應(yīng)變儀，關(guān)鍵的指標(biāo)有： 測試精度，采樣速度，測試可以支持的通道數(shù)，動態(tài)范圍，支持的應(yīng)變片型號等。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顯示，實時分析，實時記錄等各種功能，高端的軟件還具有各種信號處理能力。

    另外，有一些儀器是通過光譜，膜片等原理設(shè)計的。

    因為應(yīng)力的存在，在受到外界作用后（如移印時接觸到化學(xué)溶劑或者烤漆后端時高溫烘烤），會誘使應(yīng)力釋放而在應(yīng)力殘留位置開裂。開裂主要集中在澆口處或過度填充處。

    因為殘留應(yīng)力的存在，因此產(chǎn)品在室溫時會有較長時間的內(nèi)應(yīng)力釋放或者高溫時出現(xiàn)短時間內(nèi)殘留應(yīng)力釋放的過程，同時產(chǎn)品局部存在位置強度差，產(chǎn)品就會在應(yīng)力殘留位置產(chǎn)生翹曲或者變形問題。

    因為應(yīng)力的存在，在產(chǎn)品放置后或處理的過程中，如果環(huán)境達到一定的溫度，產(chǎn)品就會因應(yīng)力釋放而發(fā)生變化。

    自然時效是通過把零件暴露于室外，經(jīng)過幾個月至幾年的時間，使其尺寸精度達到穩(wěn)定的一種方法。大量的試驗研究和生產(chǎn)實踐證明，自然時效具有穩(wěn)定鑄件尺寸精度的良好效果。

    然而，經(jīng)過自然時效的工件，其殘余應(yīng)力的變化并不明顯，由圖3-1可見，鑄件試樣放置一年以后，殘余應(yīng)力僅降低2-10%；實測機床床身殘余應(yīng)力的結(jié)果表明，進行為期一年的自然時效后，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，經(jīng)自然時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。對于那些使用時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)該采用這種時效方法。

    最傳統(tǒng)、也是目前最普及的方法——熱時效法，把工件放進熱時效爐中進行熱處理，慢慢消除應(yīng)力。這種方法的缺點也非常顯著，比如衛(wèi)星制造廠對溫度控制要求非常嚴格的鋁合金工件以及長達十米或者更大的巨型工件都無法用這種方法處理。而且這種方法還帶來了大量的污染和能源消耗，隨著中國及世界范圍內(nèi)對環(huán)保的進一步要求，熱時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效的環(huán)保問題，但是使用起來相當(dāng)煩瑣，要針對不同形狀的工件編制不同的時效工藝，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，無法達到處理所有工件的目的。

    振動時效技術(shù)，國外稱之為"Vibrating Stress Relief"（簡稱"VSR"）,旨在通過專用的振動時效設(shè)備，使被處理的工件產(chǎn)生共振，并通過這種共振方式將一定的振動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。

    振動時效的實質(zhì)是以共振的形式給工件施加附加動應(yīng)力，當(dāng)附加動應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后，達到或超過材料的屈服極限時，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，并使其尺寸精度達到穩(wěn)定。