在材料科學和固體力學中，殘余應力是在消除應力的原始原因后仍保留在固體材料中的應力。殘余應力可能是可取的或不可取的。例如，激光噴丸將有益的壓縮殘余應力施加到渦輪發動機風扇葉片等金屬部件中，并用于鋼化玻璃，以允許智能手機上的大型、薄、防裂和防刮玻璃顯示器。但是，設計結構中的意外殘余應力可能會導致其過早失效。殘余應力可能由多種機制引起，包括非彈性（塑性）變形、溫度梯度（熱循環期間）或結構變化（相變）。焊接產生的熱量可能導致局部膨脹，在焊接過程中被熔融金屬或被焊接部件的放置所吸收。當完成的焊件冷卻時，一些區域比其他區域冷卻和收縮更多，留下殘余應力。另一個例子發生在半導體制造和微系統制造期間，當在不同的工藝條件下順序沉積具有不同熱和結晶特性的薄膜材料時。通過一疊薄膜材料的應力變化可能非常復雜，并且可以在層與層之間的壓縮應力和拉伸應力之間變化。

雖然不受控制的殘余應力是不可取的，但一些設計依賴于它們。特別是，脆性材料可以通過包括壓縮殘余應力來增韌，例如鋼化玻璃和預應力混凝土。脆性材料失效的主要機制是脆性斷裂，它始于初始裂紋的形成。當對材料施加外部拉應力時，裂紋尖端集中應力，使裂紋尖端處的局部拉應力增加至比散裝材料上的平均應力更大的程度。當周圍材料被應力集中壓倒時，這會導致初始裂紋迅速擴大（傳播），從而導致斷裂。具有壓縮殘余應力的材料有助于防止脆性斷裂，因為初始裂紋是在壓縮（負拉伸）應力下形成的。為了通過初始裂紋的裂紋擴展引起脆性斷裂，外部拉伸應力必須在裂紋尖端承受足夠的拉伸應力以擴展之前克服壓縮殘余應力。一些劍的制造利用馬氏體形成的梯度來產生特別堅硬的邊緣（尤其是武士刀）。較硬的切削刃和較軟的劍背之間的殘余應力差異使這些劍具有特征曲線。在鋼化玻璃中，在玻璃表面上會產生壓應力，而在玻璃體中會產生拉應力來平衡。由于表面殘留壓應力，鋼化玻璃更耐開裂，但在外表面破裂時會碎成小碎片。魯珀特王子水滴（PrinceRupert'sDrop）展示了這種效應，這是一種材料科學的新奇事物，其中熔融玻璃球在水中淬火：因為外表面首先冷卻和固化，當體積冷卻和固化時，它想要占據一個比外皮已經定義的體積更小；這會使大部分體積處于張力狀態，將皮膚拉入，使皮膚處于壓縮狀態。結果，實心小球非常堅韌，可以用錘子敲打，但如果它的長尾巴被折斷，力量平衡就會被打破，在某些類型的槍管中，由兩根管子壓在一起制成的槍管，內管被壓縮而外管伸展，從而防止開槍時膛線出現裂縫。

由于冷卻不均勻，鑄件也可能具有較大的殘余應力。殘余應力通常是關鍵部件過早失效的原因，并且可能是1967年12月美國西弗吉尼亞州銀橋倒塌的一個因素。眼桿連接件是具有高殘余應力水平的鑄件，在一根眼桿，鼓勵裂紋生長。當裂縫達到臨界尺寸時，它會發生災難性的增長，從那一刻起，整個結構開始在連鎖反應中失效。由于結構在不到一分鐘的時間內就發生了故障，當時橋上的46名司機和乘客在懸空的道路墜入下方的河流中喪生。

產生壓縮殘余應力的常用方法是對表面進行噴丸處理和對焊趾進行高頻沖擊處理。壓縮殘余應力的深度因方法而異。這兩種方法都可以顯著增加結構的使用壽命。

有一些技術可用于在梁中產生均勻的殘余應力。例如，四點彎曲允許通過使用兩個氣缸在梁上施加載荷來插入殘余應力。

測量殘余應力的技術有很多，大致分為破壞性、半破壞性和非破壞性技術。技術的選擇取決于所需的信息和測量樣本的性質。因素包括測量的深度/穿透（表面或全厚度）、要測量的長度尺度（宏觀、中觀或微觀）、所需信息的分辨率，以及樣品的組成幾何形狀和位置。此外，一些技術需要在專門的實驗室設施中進行，這意味著不可能對所有技術進行現場測量。

破壞性技術會導致樣本發生巨大且無法修復的結構變化，這意味著樣本無法恢復使用，或者必須使用模型或備件。這些技術使用應變釋放原理起作用；切割測量試樣以松弛殘余應力，然后測量變形形狀。由于這些變形通常是彈性的，因此在變形幅度和釋放的殘余應力幅度之間存在可利用的線性關系。破壞性技術包括：

• 等高線法——測量通過樣品的2D平面截面上的殘余應力，在垂直于用電火花線切割樣品的表面的單軸方向上。
• 切縫（裂紋順應性）——測量通過試樣厚度的殘余應力，垂直于切縫。
• 塊移除/拆分/分層
• 薩克斯的無聊

與破壞性技術類似，這些技術也使用應變釋放原理起作用。但是，它們僅去除少量材料，使結構的整體完整性保持不變。這些包括：

• 深孔鉆孔——通過放松圍繞小直徑鉆孔的核心中的應力來測量整個部件厚度的殘余應力。
• 中心孔鉆孔——通過應變釋放測量近地表殘余應力，該應變釋放對應于帶有應變儀花環的小淺鉆孔。中心孔鉆孔適合深度達4毫米。或者，盲孔鉆孔可用于薄零件。中心孔鉆孔也可以在現場進行現場測試。
• 環形芯-類似于中心孔鉆孔，但具有更大的穿透力，并且切割發生在應變儀花環周圍而不是通過其中心。

非破壞性技術測量殘余應力之間的關系及其對被測材料的晶體學特性的影響。其中一些通過測量高頻電磁輻射相對于無應力樣品通過原子晶格間距（由于應力而變形）的衍射來工作。超聲波和磁技術利用材料的聲學和鐵磁特性來執行殘余應力的相關測量。無損技術包括：

• 電磁又名eStress-可用于各種樣品尺寸和材料，精度與中子衍射相當。可提供便攜式系統，例如eStress系統，可用于現場測量或永久安裝以進行連續監測。每個位置的測量速度為1-10秒。
• 中子衍射-一種經過驗證的技術，可以測量全厚度，但需要中子源（如核反應堆）。
• 同步加速器衍射-需要同步加速器，但提供與eStress和中子衍射方法類似的有用數據。
• X射線衍射-一種有限的表面技術，只能穿透幾百微米。
• 超聲波-一個仍在進行中的實驗過程。
• 磁性-可用于非常有限的樣品尺寸。

當先前的金屬加工操作中存在不希望的殘余應力時，可以使用幾種方法來減少殘余應力的量。這些方法可以分為熱法和機械法（或非熱法）。所有方法都涉及將要消除應力的部分作為一個整體進行處理。

熱法包括通過加熱或冷卻來均勻地改變整個零件的溫度。當零件被加熱以消除應力時，該過程也可以稱為應力消除烘烤。用于應力消除的冷卻部件被稱為低溫應力消除，并且相對不常見。

大多數金屬在加熱時會降低屈服強度。如果材料的屈服強度因加熱而充分降低，則材料內經受大于屈服強度（在加熱狀態下）的殘余應力的位置將屈服或變形。這使材料的殘余應力最多與材料在其加熱狀態下的屈服強度一樣高。應力消除烘烤不應與退火或回火相混淆，退火或回火是增加金屬延展性的熱處理。盡管這些過程還涉及將材料加熱到高溫并降低殘余應力，但它們也涉及冶金性能的變化，這可能是不希望的。對于某些材料，例如低合金鋼，在去應力烘烤期間必須小心，以免超過材料達到xxx硬度的溫度（參見合金鋼中的回火）。

低溫應力消除涉及將材料（通常是鋼）置于液氮等低溫環境中。在這個過程中，要消除應力的材料會長時間冷卻到低溫，然后慢慢恢復到室溫。

消除不希望的表面拉伸應力并用有益的壓縮殘余應力代替它們的機械方法包括噴丸和激光噴丸。每個都使用介質處理材料表面：噴丸通常使用金屬或玻璃材料；激光噴丸使用高強度光束來引發沖擊波，該沖擊波深入材料中傳播。