第十章 残余应力测量 实验力学华中科技大学版本

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。2023/12/1312、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。2023/12/13210-2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/72023/12/1333、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2023/12/13410-3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σ22023/12/135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释放应变成为2023/12/136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2023/12/137按书中标记为2023/12/13810-3-2释放系数的标定A、B、可以用单向拉伸试件标定将θ＝0，ε1σ1＝σ θ＝90，ε2σ2＝0代入可以解出2023/12/139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2023/12/131010-4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释放应变附加应变再代入残余应力的计算式中2023/12/1311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2023/12/131210-5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φ1.0mm定深扩孔φ1.5mm测量ε仪、计算释放应变、残余应力2023/12/1313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。2023/12/131410-6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。2023/12/1315喷沙打孔用气沙混合气流磨蚀－－喷沙打