CN120213303A 一种大尺寸环筒件深部残余应力中子衍射测试工装和方法

地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南(72)发明人龚海张龙钟掘张涛吴运新(普通合伙)43234一种大尺寸环筒件深部残余应力中子衍射及一种大尺寸环筒件深部残余应力中子衍射测轴向间隔设置，压辊沿环筒件轴向设置于其内定与轴向应变测试点快速切换，提升测试效率、否是21.一种大尺寸环筒件深部残余应力中子衍射测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据待测试的环筒件周向、轴向和径向三个测试方向的结构尺寸参数，分别计算环筒件在三个测试方向上的理论最大光程，通过比较三个测试方向上的理论最大光程与中子束对所述环筒件的最大穿透深度，判断所述环筒件在这三个测试方向上是否存在测试盲区；对于不存在测试盲区的方向，则直接进行中子衍射测试；对于存在测试盲区的方向，进行下一步的判断；S2、对所述环筒件上存在有测试盲区的方向，计算各待测点在该方向的实际光程，比较各待测点在该方向的实际光程与中子束对所述环筒件的最大穿透深度，判断各待测点是否为测试盲点，最终确定所述环筒件在存在测试盲区方向的所有测试盲点；对于测试盲区方向的非测试盲点，则直接进行中子衍射测试；对于测试盲区方向的非测试盲点，进行下一步S3、对所述环筒件上存在有测试盲区方向的测试盲点，判断其在周向方向的实际光程是否满足特定条件；若满足特定条件，则采取旋转偏移法进行测试；若不满足特定条件，则采取钻孔辅助法进行测试。2.根据权利要求1所述的深部残余应力中子衍射测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，对所述环筒件上某个待测点在某测试方向上进行衍射测试的光路为：中子入射束与中子衍射束交点在待测点上，中子入射束与中子衍射束夹角为90°,中子入射束与中子衍射束夹角角平分线方向指向测试方向的测试光路；测量所述环筒件周向应力和径向应力时，中子入射束与衍射束所在面平行于所述环筒件的两侧端面；测量所述环筒件轴向应力时，中子入射束与衍射束所在面垂直于所述环筒件的两侧端面。3.根据权利要求1所述的深部残余应力中子衍射测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述环筒件在三个测试方向上的理论最大光程的计算表达式为：上式中，R为环筒件的外径半径，B为环筒件的壁厚，1为环筒件的轴向长度，分别对应环筒件在轴向、周向和径向上的理论最大光程。4.根据权利要求3所述的深部残余应力中子衍射测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，判断环筒件各方向是否存在测试盲区的方法为：将计算获得的各方向的理论最大光程与中子束对所述环筒件的最大穿透深度M穿max进行对比，若某方向上的理论最大光程大5.根据权利要求2所述的深部残余应力中子衍射测试方法，其特征在于，所述步骤S2中36.根据权利要求5所述的深部残余应力中子衍射测试方法，其特征在于，所述步骤S2与测试谱仪中子束对所述环筒件的最大穿透深度M穿max对比，若待测点在某方向的实际7.根据权利要求6所述的深部残余应力中子衍射测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述特定条件为：若所述环筒件在周向上存在测试盲点，且测试盲点满足M穿max≤0.199M穿max,则确定测试盲点可采取旋转偏移法减小光程，实现该待测点可首先，增大中子衍射波长，使得中子衍射角增大a,中子入射束与中子衍射束的夹角减上式中，为该测试盲点采用旋转偏移法后环针对某方向上的测试盲点，在其测试光路入射和出射环筒件处分别钻设第一孔和第二孔，所述第一孔和第二孔的半径为5~10mm,所述第一孔和和所述第二孔的深度关系由下述45技术领域[0001]本发明属于残余应力检测技术领域，特别是涉及一种大尺寸环筒件深部残余应力中子衍射测试工装和方法。背景技术[0002]残余应力是指没有外部载荷作用时，材料内部仍存在的自相平衡的应力状态，构件在制造的各个环节，例如锻造/铸造、热处理或机加工时，引入各类应力长期存在于构件内部，并随着构件材料移除或外部载荷的施加释放，造成变形或者损伤破坏，严重威胁构件的正常使用状态与长期服役寿命，对构件内部残余应力的准确评估与测量十分重要。[0003]中子衍射技术是唯一一种具备高精度、高分辨率、能测深部应力的无损应力测试技术，它通过中子束穿透构件内部，测量构件内部的晶面间距，从而求得精准的构件深部应[0004]掌握构件深部应力能够为构件服役性能评估与延寿提供真实有效的数据，为构件的性能提升提供支撑。近年来，中子衍射技术测量国家关键领域构件深部应力的需求不断增长，特别是以环筒结构为代表的大尺寸结构件，例如：运载火箭燃[0005]中子衍射技术测量大型环筒件深部应力时，需事先解决测得到与测得快的问题。具体地：中国原子能科学研究院研制的工程科学应力谱仪为例，对铝合金的最大穿透深度仅205mm,对于大尺寸或厚壁的环筒件而言，在测试部分角度和区域时，中子光路穿过材料深度过大，应堆提供，仪器及配套年总运营成本达数千万美元，全球能够提供中子衍射应力测设的设备仅十多台),在测试时，需要测量环筒件不同方向、不同圆截面及不同径向路径上的测试定工件和绕轴线调整角度困难，测试效率低，极大浪费了测试机时，无法满足实际需要。[0007]目前，在残余应力检测技术领域，已报道有油气管道、核电管路等环筒件中子衍射应力测试工作，但缺乏针对此类工件可调角度固定工装、深部应力场辅助测试方法及测试流程优化方案的报道。与本发明相关的专利，例如公开号为CN115575426A的发明专利申请公开了一种基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台及其实验方法，其中提供了盘类构件的中子衍射测试固定工装，但该固定工装无法对无轴心的环筒件进行固定。[0008]因此，亟需面向大尺寸环筒件提出深部残余应力中子衍射测试工装和方法，将有助解决其大型环筒件深部残余应力中子衍射测试中问题，为结构相近的柱体、盘类等工件深部应力测试提供指导。6发明内容[0009]本发明的目的在于提供一种大尺寸环筒件深部残余应力中子衍射测试工装和方法，便于环筒件中子衍射测试时侧向固定工件和绕轴线调整角度，以及深部残余应力测试时测试盲点的预估与测试，能够提升测试效率、解决盲点无法测试问题，满足大型环筒件深部残余应力中子衍射测试的实际需要。[0010]为实现上述目的，本发明提供了一种大尺寸环筒件深部残余应力中子衍射测试方S1、根据待测试的环筒件周向、轴向和径向三个测试方向的结构尺寸参数，分别计算环筒件在三个测试方向上的理论最大光程，通过比较三个测试方向上的理论最大光程与中子束对所述环筒件的最大穿透深度，判断所述环筒件在这三个测试方向上是否存在测试盲区；对于不存在测试盲区的方向，则直接进行中子衍射测试；对于存在测试盲区的方向，进行下一步的判断；S2、对所述环筒件上存在有测试盲区的方向，计算各待测点在该方向的实际光程，比较各待测点在该方向的实际光程与中子束对所述环筒件的最大穿透深度，判断各待测点是否为测试盲点，最终确定所述环筒件在存在测试盲区方向的所有测试盲点；对于测试盲区方向的非测试盲点，则直接进行中子衍射测试；对于测试盲区方向的非测试盲点，进行下一步的判断；S3、对所述环筒件上存在有测试盲区方向的测试盲点，判断其在周向方向的实际光程是否满足特定条件；若满足特定条件，则采取旋转偏移法进行测试；若不满足特定条[0011]进一步的，所述步骤S1中，对所述环筒件上某个待测点在某测试方向上进行衍射测试的光路为：中子入射束与中子衍射束交点在待测点上，中子入射束与中子衍射束夹角为90°,中子入射束与中子衍射束夹角角平分线方向指向测试方向的测试光路；测量所述环筒件周向应力和径向应力时，中子入射束与衍射束所在面平行于所述环筒件的两侧端面；测量所述环筒件轴向应力时，中子入射束与衍射束所在面垂直于所述环筒件的两侧端面。[0012]进一步的，所述步骤S1中，所述环筒件在三个测试方向上的理论最大光程的计算表达式为：分别对应环筒件在轴向、周向和径向上的理论最大光程。[0013]进一步的，所述步骤S1中，判断环筒件各方向是否存在测试盲区的方法为：将计算7获得的各方向的理论最大光程与中子束对所述环筒件的最大穿透深度M穿max进行对比，[0014]进一步的，所述步骤S2中的各待测点在三个测试方向上的实际光程计算表达式测点i距离环筒件两端面较近一侧的最短距离；、分别为待测点i8针对某方向上的测试盲点，在其测试光路入射和出射环第二孔，所述第一孔和第二孔的半径为5~10mm,所述第一孔和和所述第二孔的深度关系由于对所述环筒件进行限位的压辊，所述至少两对支撑辊组沿所述环筒件的轴向间隔设置，9附图说明图中：图1是本发明一种大尺寸环筒件深部应力中子衍射测图2是本发明一种大尺寸环筒件深部应力中子衍射测图7是本发明实施例2采用钻孔辅助法进行中对支撑辊组和用于对环筒件7进行限位的压辊2,至少两对支撑辊组沿环筒件7的轴向间隔端伸出至环筒件7外侧并分别通过连接件5与中子应力[0027]根据几何关系推导出一对支撑辊组中的两个支撑辊4的间距计算公式如下式，用[0028]本实施例中，待测件(环筒件)为7050铝合金壳段，外径655mm,内径585mm,长度560mm,重量约为106.89kg。将环筒件外径半径R=327.5mm,支撑辊直径d=58mm,支撑辊的旋转轴心距固定底板的距离H=45mm,及环筒件的最底部距固定底板的最小设计距离L=10mm代[0029]根据受力关系推导出支撑辊4的承重能力选型计算公式，用于确定符合承载能力[0030]将环筒件质量M=106.89kg,g=9.8m/s²,C=300mm,R=327.5mm,d=58mm,s=1.5代入上式中求得F载≥1060.4856N/n,选用了4个承载能力超过5[0031]在一种具体的实施方式中，为了保证测量效果，固定底板1的加工平面度小于大光程，通过比较环筒件在三个测试方向上的理论最大光程与中子束对所述环筒件7的最筒件7上待测点在某测试方向上进行衍射测试的光路参见图4:中子入射束与中子衍射束交算各待测点在该方向的实际光程，比较各待测点在该方向的实际光程与中子束对环筒件7件旋转角度γ需满足条件：偏移后的理论最大光程小于中上式中，为某测试盲点未采用旋转偏移法时环筒件针对某方向上的测试盲点，在其测试光路入射和出射环筒件7处分别钻设第一孔和第二孔，第一孔和第二孔的半径为5-10mm,第一孔和和第二孔的深度可通过下述公式确[0041]如图6所示，本实施例中的待测件为某2219铝合金待测环筒件，外径800mm,壁厚为待测点，具体见图7,截面B上路径及待测点位置同截面A,也即截图B上的待测点B1-B5与在三个正交测试方向的理论最大光程分别为：及R=400mm代入，可求得在径向上各待测点的实际光程为：分别为[0044]根据步骤S2,将各待测点距离外壁的最短距离XA₁~XA₅:5mm、20mm、40mm、60mm、75mm,R=400mm代入，可求得在周向上各待测点的实际光程为：分别为245.05mm、229.27mm、217.00mm、209.43mm