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知識分享 | 測量殘余應(yīng)力的方法

2023-12-20 16:04:57·  來源：HBM測試與測量  
　

什么是殘余應(yīng)力？

殘余應(yīng)力是指消除外力或不均勻的溫度場等作用后，仍留在物體內(nèi)的自相平衡的內(nèi)應(yīng)力。殘余應(yīng)力存在于所有的機(jī)械結(jié)構(gòu)中，機(jī)械加工和強(qiáng)化工藝、不均勻塑性變形或相變等都可能引起殘余應(yīng)力。


比如加工工藝：

塑性變形或焊接

鑄造部件的非均勻冷卻

鍛造過程


比如表面處理：

噴涂

表面硬化


殘余應(yīng)力與一般的機(jī)械應(yīng)力一樣，對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度起著同樣的作用。但和外部載荷引起的應(yīng)力不同，其很難用計(jì)算方式來進(jìn)行預(yù)測。因此，需要一個(gè)可靠的方法進(jìn)行準(zhǔn)確測量，并且需要最大程度地減小對測量表面的損傷。測量殘余應(yīng)力的方法基于應(yīng)變片常用的兩種的殘余應(yīng)力測定方法是：環(huán)芯法和鉆孔法。兩種方法的共同特點(diǎn)是，在工件上安裝應(yīng)變花后，通過鉆取或取芯的機(jī)械過程，殘余應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化。在這一過程中，殘余應(yīng)力得到釋放，通過應(yīng)變花測得過程前后應(yīng)變的變化情況，可以計(jì)算出殘余應(yīng)力。環(huán)芯法，即在應(yīng)變花周圍提取環(huán)形槽。用機(jī)械法開一個(gè)環(huán)形槽，局部分割、釋放殘余應(yīng)力，在測試位置粘貼電阻應(yīng)變片，測量轉(zhuǎn)子鍛件在軸向和周向釋放的應(yīng)變值，根據(jù)力學(xué)原理推算工件的殘余應(yīng)力。


圖片


鉆孔法，即以350000轉(zhuǎn)左右的轉(zhuǎn)速，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的銑刀進(jìn)行鉆孔。在這個(gè)過程中，應(yīng)變片即可檢測到整個(gè)過程工件的應(yīng)變變化。然后基于彈性理論公式計(jì)算出殘余應(yīng)力的大小。


圖片



HBK可提供使用鉆孔法進(jìn)行殘余應(yīng)力分析以下是根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ASTM E837-13a測量鋼材中殘余應(yīng)力的程序示例：

利用特制的高速鉆頭，在鉆孔應(yīng)變花的三個(gè)柵絲旁邊的部件上鉆一個(gè)直徑為1.8毫米、深度為1毫米的小孔。

整個(gè)過程將以0.05 mm的深度增量全自動(dòng)進(jìn)行，并對每個(gè)已釋放的應(yīng)變進(jìn)行測量。

隨后根據(jù)上述方式測得的應(yīng)變值，利用分析軟件計(jì)算主應(yīng)力及相關(guān)角度（莫爾圓），然后再以表格和圖形方式展示各個(gè)數(shù)據(jù)。


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