盲孔法测残余应力原理及几种打孔方式简介[1]
5页1、1第 15 届全国残余应力学术交流会论文盲孔法测残余应力原理及几种打孔方式简介盲孔法测残余应力原理及几种打孔方式简介王晓洪 赵怀普 (郑州机械研究所 河南郑州 450052)引言引言机械零部件和构件在制造加工的过程中由 于不同的制造工艺,例如铸造、切削、焊接、 热处理等,都会在材料中产生残余应力。残余 应力的存在,一方面工件会降低强度,使工件 在制造时产生变形和开裂等工艺缺陷;另一方 面又会在制造后的自然释放过程中使工件的尺 寸发生变化或者使其疲劳强度等力学性能降低, 从而影响到它们的使用安全性。因而,了解残 余应力的状态对于确保工件的安全性和可靠性 有着非常重要的意义。目前,比较成熟且普遍应用的残余应力测试方法分为两大类:无损检测法和机械检测法。无损法在检测过程中不对工件产生创伤,机械法在测量的过程中要对工件体做全部或部分的破坏,例如切割法(又称剖分法)和环芯法对工件的破坏较大,而盲孔法对工件的破坏较小,因而盲孔法又称半无损法。本文主要针对盲孔法的原理和几种打孔方式给于介绍。一、盲孔法测残余应力的基本原理一、盲孔法测残余应力的基本原理盲孔法最早由由德国人 J.Mathar 于 193
2、4 年首先提出,以后经长期不断地改进和完善,目前已成为应用最广泛的残余应力测量方法之一。美国材料试验协会 ASTM 已于 1981 年制订了测量标准(2) 。盲孔法测量残余应力的原理如图 1 所示,假设一个各向同性材料上某一区域内存在一般状态的残余应力场,其最大、最小主应力分别为 1和 2,在该区域表面上粘贴一专用应变花,在应变花中心打一小孔,引起孔边应力释放,从而在应变花丝删区域内产生释放应变,根据应变花测量的释放应变就可以计算出残余应力:图 1 盲孔法残余应力测量原理图(1) 133122 3122 313122 3122 31311222)(442)(44tgBE AEBE AE式(1)中: 1、2、3 三个方向释放应变;1、2 最大、最小主应力; 1与 1 号片参考轴的夹角;E 材料弹性模量;A、B 两个释放系数。其中 A、B 系数与钻孔的孔径、应变花尺寸、孔深有关(1)。盲孔法测残余应力的误差主要有以下几个因素:1、应变片的粘贴质量。应变片粘贴不好会引起数据漂移和精度下降。121902252R1R2R322、 钻孔装置安装时的对中偏心引起的误差。钻孔前必须用专用对中显微镜调整
3、中心位置。3、钻孔时产生的附加应变。它可以用两次钻孔并改变钻速的方法减小附加应变。4、释放系数 A、B 值的误差。盲孔法的优点在于:1、由于其打孔直径小,对材料破坏性较小,可以测量较小范围内的应力,可以广泛地应用于各种零部件和构件的实际测量中。适于测量梯度变化比较大的残余应力场,如焊接应力场。但盲孔法也有其自身的缺点:1、盲孔法测量中的应力释放属于部分释放,释放应变测量灵敏度只有剖分法的 25%,因此盲孔法测量精度低,不太适合低水平残余应力测量。2、盲孔法测量的仅仅是表面残余应力,无法测量材料内部的残余应力。二、盲孔法测残余应力的几种打孔方法二、盲孔法测残余应力的几种打孔方法1、钻孔打孔法、钻孔打孔法钻孔打孔是盲孔法残余应力测量中最简单的打孔方式。图 2 ZDL-型盲孔法钻孔装置目前,我国盲孔法残余应力测量中,应用最多的就是钻孔打孔,该方法采用普通的麻花钻打孔,对中定位支架经过合理设计可在不同构件的平面、曲面、角焊缝、直角边等处进行灵活地定位打孔,操作简单,易于掌握,尤其适于现场测量。该设备的主要技术指标有:对中精度、钻孔直径、钻孔深度等。钻孔打孔法的优点在于其操作比较简单,且设备价格
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