第十章_残余应力测量-精品

tg22312 12
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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
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10-5 试验技术
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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
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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。
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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
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 r E1(r)
r E 1 {1 22 [ ( 1 )a r 2 2 ]1 22 [ 3 ( 1 )a r 4 4 4 r a 2 2 ]c2 o }s
引入释放系数
A(1)
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
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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
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10-3 盲孔法
10-3-1 原理
无限大平板，受均匀应力σ1σ2，
r11 22(13ra442ra22)si2n
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σ2
5
释放应力
rr 1 r 1 22a r2 21 22(3 r a 4 4 4 r a 2 2 )c2 os
1 0 1 2 2a r2 2 1 2 23 r a 4 4c2 o s rr1r21 22(3 ra 4 42 ra 2 2)si2n
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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：
仪s F 附加应变
附加应变需要预先去掉 释放应变
s 仪F
再代入残余应力的计算 式中
1 ,2 1 4 A 2 4 1 B(1 2 )2 [23 (1 2 )2]
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。
应力状态 r01 221 22co2s
01 221 22co2s
钻通孔后应力r0
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2
sin2
r11 22(1 a r2 2)1 22(1 3 r a 4 4 4 a r2 2)c2 os
11 2 2(1a r2 2) 1 2 2(13 r a 4 4)co 2 s
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
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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。
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。
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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。
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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。
r E 1 {1 22 [ ( 1 )a r 2 2 ]1 22 [ 3 ( 1 )a r 4 4 4 r a 2 2 ]c2 o }s
3
r 2 A (1 2 ) B (1 2 )c2 os290
r3 A (12 ) B (12 )s2 in3 225
可以解出 1 ,2 1 4 A 2 4 1 B(1 2 )2 [23 (1 2 )2] tg22312 12
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若不想A、B中有材料常数E、μ的影响
取
A21E(k1k2)
B21E(k1k2)
也可以计算出k1、k2的值，再按下式计算残余应 力
1 ,2 E 2 k 1 1 { 1 1 k 2 2 k 1 1 1 k 2k 1(1 2 ) 2 [ 2 3 (1 2 )2]
Θ为从ε0方向到σ1方向之夹角，逆时针为正
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按书中标记为
1 0 2 90 3 45
90
0
45
1,204 A 9 04 B 2(04)5 2 (9 04)5 2
tg2245090 090
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1、
09045135
2、
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10-3-2 释放
将θ＝0， ε1 σ1＝σ
θ＝90 ， ε2 σ2＝0
代入
r A (1 2 ) B (1 2 )c2 os
可以解出
1(AB) 2 (AB)
A 1 2 2
B 1 2 2
2E
a2 r2
B21E[3(1)ar444ar22]
释放应变成为 r A (1 2 ) B (1 2 )c2 os
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应用三轴 应变花
2
r A (1 2 ) B (1 2 )c2 os
1
r 1 A (1 2 ) B (1 2 )c2 os1