残余应力测试方法综述.doc

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1、残余应力测试方法综述摘要：该文介绍了残余应力对结构件在实际使用中的有害影响及实验对于测量残余应力的必要性阐述了当前测量残余应力的两种主耍方法，并对机械式残余应力测试方法分别从平面和三维条件下进行了详细的说明。大部分残余应力的测试方法都没有达到实用阶段。除了测试技术还存在问题，在力学原理上，主要是弹性力学与塑性力学还得不出钻孔这个力学模型的三维问题应力解。关键词：残余应力小孔释放法应变主应力中图分类号：TU13文献标识码：A文章编号：1672-3791(2014)10(c)-0065-03机械零部件中存在的残余应力近年来口益受到人们的关注，尤其是一些成形小的结构件中的残余

2、应力在实际使用中会产生一些有害影响，如微机械、微机电系统屮由于制备的原因，残余应力是结构件破坏的主要因素之一。目前，比较成熟的残余应力检测和评价方法主要限于一些比较大的结构件中。较大型的机械零部件在加工成形中由于需要较大的变形如挤压、焊接变形，从而容易形成残余应力。例如：大型铸焊件在热处理或焊接过程中由于热影响而引起的残余变形所导致的残余应力尤为突出。残余应力对工程构件，特别是对压力容器等焊接结构的危害是显而已见的；反之，也有采取某种特殊工艺措施，使零部件表面形成止压力(如喷丸、碾压等)以增强零部件的抗疲劳能力，提高其使用寿命。随着断裂力学分析方法的不断发展，迫切耍求定

3、量了解或确定零部件内存在的残余应力大小。由于产生残余应力的机理极其复杂，单纯采用理论分析以及计算方法求解，往往不能满足实际需要，同时现有的一些理论模型还不能完全反映实际情况从而达到寿命预测的目的，因此，实验仍是直接测试零部件的残余应力必不可少的工作方法。1残余应力的测量方法1.1物理式残余应力测试方法物理式残余应力测试方法主要有射线法、磁测法及超声法。这种方法是无损式测量方法，其中射线法使用较多，而且比较成熟；但设备较复杂,携带到现场并在实物上测量有一定的怵I难，操作技术较复杂。超声法和磁测法能够测量表面下的应力，是一种较新的测试方法。1.2机械式残余应力测试方法机械式

4、残余应力测试方法主要采用电阻应变测量技术，通过分段切割、套孔或钻小孔等方法，将残余应力全部或部分释放，获得零部件内的残余应力。其屮套孔法是在应变片周围切一环形槽（如图1Q）所示），将环杷I中心工件部分完全孤立，释放孤立区域的残余应力（约释放90%以上），并宙应变片检测岀释放应变。该法的测量误差可达到3%〜5%,但环杷j深度至少要等于环杷宽度，因此，这种方法对工件破坏较大。钻孔法（如图1（b）所示）是在应变片附近钻一小孔（孔径通常为1.5〜3.0mm,深度约为1.5〜3.0mm）,局部释放残余应力（约释放25%）。这种方法对工件的破坏性较小，同时测试的是孔深的平均应力，所

5、需设备比较简单，操作简单，可携带于现场使用，具有一定的测试精度。2机械式平面残余应力测试方法2.1小孔释放法基本原理假定一块各向同性材料的工件存在残余应力，若钻一小孔时，孔边的径向应力必然下降为零，在孔区的应力则重新分布，如图2所示应力曲线示意图屮阴影区为钻孔后应力变化，该应力变化称为释放应力。通常表曲残余应力是平面类型，它的两个主应力及方向是未知数，要求用3张应变片组成的应变花进行测量，每张应变片布置在同一半径上，形成如图3所示的直角应变花。在这里必须假设小孔区域内应力分布是均匀的。2.2反向加载的载荷计算假设在孔深h内，主应力沿孔深均匀分布，若在某一点A取高为1的正

6、方形单元体，其俯视图投影如图4(小所示。但实际上所钻小孔是圆形的，所以应取高为h的圆柱形单元体，正方形单元体上的直角坐标中的主应力与圆柱形单元体上的极坐标中的应力分量，之间的换算，可由应力状态分析中的应力圆来完成(如图4(b)所示)。在图5(a)中截出长为的斜截血，这个截血上的极坐标屮的应力分量，可由应力圆计算。计算公式分别为：(1)由于反向加载，圆孔孔壁上的载荷为式(1)的反号。2.3用应变花测量残余应力及方向有残余应力的工件板如图3所示，各应力片上反映出的应变与主应力及主应力方向间的关系分别由下列方程式表达：(3)(4)式中A,B为释放系数，由标定实验确定。释放系数

7、A,B通常是由现场相同材料，在实验室内进行的实验中确定，多采用均匀的单向拉伸应力场。轴向施加应力，应变花屮应变片与轴向重合，有，，代入式(2)和式(3),得：(5)将钻孔后各片的读数和钻孔前相对应的各应变片读数相减，得到由施加应力引起的释放应变值：(6)将式(6)中的应变值代入式(4),即可得到释放系数A,Bo陈惠南[1]曾对该系数专门进行过研究。通过上述计算有时会出现代数值的异常现象。Gupta[2]等分析产生的异常情况的原因是在的方向角，即将两应力值交换一下，角度，式中为交换主应力值后的角度。Wang[3]对Gupta的工作进行了简化