第10章_残余应力测量.ppt

第十章 残余应力测量 10-1 残余应力的影响 10-1-1 最早的报告 上个世纪初，英国殖民军于印度贮存的黄铜弹壳常常开裂，且加工引起残余应力集中的部位亦是裂缝集中的部位，并且，热处理可以防止破裂发生。 10-1-2 主要表现 1、脆性材料：残余应力与工作应力叠加，达到强度极限发生破坏。 韧性材料对静载的影响不大。 2、降低构件的尺寸稳定性和加工精度 残余应力与工作应力叠加后达到屈服，发生塑性变形 金属加工使残余应力释放，发生变形 3、受压构件提前失效 两种应力叠加使构件局部先达到临界应力而失 稳 4、结构疲劳强度受影响 一般使交变载荷下的疲劳强度降低， 但：残余压应力使疲劳强度大大提高。如链条 5、残余拉应力大大降低结构抗腐蚀开裂的能力， 造成损失极大。 10-2 残余应力测量方法简介 10-2-1 物理测定法 1、X射线法 特点：无损，方法成熟，应用广泛，可以测高应力梯度；但只能测几个原子厚度的应力；测量精度受晶粒大小、粗细的影响；设备价格昂贵， 误差：约在20MPa以下。 2、磁测法 应力使晶格发生形变，导致磁导率、电阻率等发生变化，测量它们即可得残余应力。 特点：真正无损，设备简单，使用方便，可以深入有限厚度的材料；但是仅对铁磁材料才能用，空间分辨区域较大－－与探头直径相当。 精度：以90％置信度，绝对误差可小于σs/7 3、声弹性方法 利用应力对超声波波速的影响，通过建立应力－声速关系来计算物体的内部应力。 特点：无损，安全，凡对声音“透明”的物体均可 使用；但因材料织构等因素的影响，主要应用 于一维螺栓应力。 物理测量法都是无损的 10-2-2 机械测量法 1、切割法 切开，释放应力 2、开槽法 在试件上开一封闭的槽，释放应力 3、钻孔法 打一盲孔释放应力 10-3 盲孔法 10-3-1 原理 无限大平板，受均匀应力σ1σ2， 应力状态 钻通孔后应力 释放应力 按平面应力状态的广义虎克定律有沿贴片方向的释放应变 引入释放系数 应用三轴应变花 可以解出 Θ为从ε0方向到σ1方向之夹角，逆时针为正 按书中标记为 10-3-2 释放系数的标定 A、B、可以用单向拉伸试件标定 将θ＝0， ε1 σ1＝σ θ＝90 ， ε2 σ2＝0 代入 可以解出 若不想A、B中有材料常数E、μ的影响 取 也可以计算出k1、k2的值，再按下式计算残余应力 10-4 附加应变 钻孔加工会由于挤压切削而产生钻孔附加应变，它与由残余应力而产生的释放应变一起被测到，即： 附加应变需要预先去掉 钻孔附加应变的测量 钻孔附加应变需要用经过充分退火的零应力块预先测量 常见材料和残余应力应变花的钻孔附加应变已经测出，可以查表。 它实际上与钻孔人的技术、钻头锋利程度、钻头的钻孔次数都有极大的关系 10-5 试验技术 10-5-1 应变计 如右下图专用残余应力应变计 各片应变计到中心距离相同 10-5-2 贴片 与一般应变计同 10-5-3 钻孔技术 安装、对中、调水平（预调平衡） 端面铣应变计基底（预调平衡） 定深钻小孔φ1.0 mm 定深扩孔φ1.5 mm 测量ε仪、计算释放应变、残余应力 通孔与盲孔 理论是从通孔推出，实际是钻盲孔。 孔深与释放应变是有关系的，但是，当孔深达到孔径的1.5倍以上时，释放应力基本不再增加。而释放系数是实测得到，故可以钻盲孔，仅有一个假设：盲孔的应变释放与通孔具有相同的表达形式（释放率可以不一样，前面加个小于一的系数）即可。 10-6 误差 1、应变计灵敏系数极其分散度 2、应变计热输出 3、钻孔对中偏差 4、孔径、孔深偏差 5、附加应变 6、沿表明、厚度方向的应力梯度 残余应力的误差一般可以达到5～10％，甚至更大。 喷沙打孔 用气沙混合气流磨蚀－－喷沙打孔 采用回转喷嘴打孔装置 孔径： 1～3mm 附加应变： 2.9±2.1 μm/m 45#钢 -1.9 ±5.6 μm/m 不锈钢 1、 2、 * * σ2 释放应变成为 释放应变 附加应变 再代入残余应力的计算式中