残余应力与冗余度是什么？

1. 定义

残余应力：

   在没有外力作用的情况下，在物体内部存在并保持平衡的应力。它是由于材料在加工制造过程中（如焊接、铸造、冷加工等）受到的各种因素影响而产生的。例如，在焊接过程中，局部加热导致焊缝区域材料迅速膨胀，随后冷却收缩，但由于周围材料的约束，不能自由收缩，从而在焊接接头区域产生残余应力。这种应力在材料内部处于自相平衡状态，即整个物体的残余应力总和为零。

冗余度

在结构工程中主要是指结构的几何冗余度

  是指结构中实际存在的约束或杆件数目超过维持其几何不变性所需的最少数目。例如，一个简单的三角形桁架，它有三根杆件，三个节点。如果三个杆件恰好组成一个稳定的三角形，没有多余的杆件，那么它没有几何冗余度。但如果在三角形内部再添加一根杆件，形成一个更复杂的结构，这根额外的杆件就使得结构具有几何冗余度。

2. 产生原因

残余应力：主要产生于加工制造过程。以机械加工为例，在切削加工中，刀具对工件表面的挤压和摩擦会使表层材料产生冷作硬化和残余应力。另外，在材料的热处理过程中，由于不同区域的冷却速度不同，也会产生残余应力。例如，淬火处理时，工件表面冷却速度比内部快，表面收缩受到内部的阻碍，最终形成表面为残余压应力、内部为残余拉应力的分布状态。

冗余度：主要是由于结构设计和构造要求而产生的。在设计时，为了提高结构的稳定性和安全性，往往会设置多余的约束或杆件。例如，在高层建筑的框架结构中，除了基本的梁柱框架体系外，还会设置剪力墙等构件，这些剪力墙作为冗余构件，提高了结构整体的抗侧刚度和承载能力，也增加了结构的几何冗余度。

3. 对结构的影响

残余应力 ：

不利影响：残余拉应力会降低结构的疲劳强度。在承受交变荷载的结构中，如桥梁的钢梁，残余拉应力与外部荷载产生的应力叠加，加速疲劳裂纹的萌生和扩展。例如，在桥梁钢梁的焊接接头处，残余拉应力可能导致疲劳裂纹优先在焊趾处萌生，减少桥梁的疲劳寿命。

有利影响：残余压应力可以提高结构的局部稳定性。例如，在薄壁钢结构中，残余压应力可以抑制构件的局部失稳，增强其承载能力。

冗余度 ：

有利影响：增加结构的安全性和可靠性。当结构的一部分受损或失效时，冗余的约束或杆件可以承担荷载，防止结构整体坍塌。例如，在超静定结构（具有几何冗余度的结构）中，如果某一杆件因火灾或爆炸等原因失去承载能力，其他杆件可以通过内力重分布来分担荷载，使结构仍然能够维持一定程度的使用功能。

不利影响：可能增加结构的复杂性和造价。因为多余约束或杆件的存在，需要更多的材料和更复杂的施工工艺。例如，在一个有大量多余约束的混凝土框架结构中，模板支设和钢筋绑扎等施工过程会更加复杂，同时也会增加材料用量，从而提高工程成本。

4. 联系

对结构性能的综合影响

5.区别