树脂板残余应力检测,无损应力测量法
残余应力检测技术汇总
残余应力是指产生应力因素消失(如:载荷去除、加工终止、温度均匀、相变完成等),但形变、体积变化仍不均匀,为保持平衡而在构件内部存留应力。
残余应力是构件力学性能*主要的影响因素之一,如拉伸残余应力会降低拉伸屈服*限、提高压缩屈服*限,压缩残余应力正好相反;宏观残余应力会产生形变、并影响疲劳寿命,微观残余应力导致组织内产生微裂纹发生脆性破坏。
在服役过程中,残余应力与工作应力叠加容易产生二次变形和应力重新分布,产生变形、开裂、耐腐蚀性能及构件整体稳定性下降,如当交变荷载工作时区域应力达到屈服点时会产生局部塑性变形;高温工作条件下产生高温蠕变开裂;腐蚀环境下产生应力腐蚀开裂。
降低有害残余应力,预测残余应力分布趋势和数值大小是十分必要的。本文对残余应力的测试方法按有损、无损两类进行测试方进行介绍,分析比较了各种应力测试方法的误差来源及应用的局限性,探讨残余应力测量技术的发展方向。
1、盲孔法
盲孔法在1934年由德国学者MatharJ提出,现已经发展的较为成熟。其原理就是在被测工件的表面贴上应变花,并对工件打孔,孔周围应力松弛,而形成新的应力/应变场分布J;通过标定应变释放系数A、B,基于弹性力学原理可推算出工件原有残余应力及应变。如图l所示,由钻孑L而分别在3个应变片上产生的应变与板上残余主应力有如下关系:
式中:ε1、ε2和ε3,分别为由应变片R,R2和R,所测得的释放应变;σ1,σ2为残余主应力;E为材料弹性模量;A、B为应变释放系数,其可由弹性力学Kirsch理论解得出:
式中:E为弹性模量,u为泊松比,d为钻孔直径,rm为应变片平均直径。钻孔过程中,孔壁经历了弹性变形、塑性变形和切断过程,孔壁周围产生附加应力/应变,附加应力/应变大小受孔径、孔深、距离盲孔中心远近的等因素的影响。盲孔法测残余应力时,钻孔偏心、孔周围塑性变形均会影响其测试精度)。测量位置的选取应遵循以下原则:测量区域附近应力梯度小;点间距在孔径的15倍以上;选择典型位置。
2、压痕法
压痕法是基于硬度测试原理发展起来的,是一种无损或微损的应力测量技术。其原理是局部载荷作用下,存在内应力构件会因应力叠加会产生位移和应变,测量出位移△Z和应变△ε,可推算出构件原有表面残余应力(一般的压痕直径和深度为1.2mm×0.2mmm)。
压痕法测定时需要注意的问题包括:压痕测试区和周围塑性应变区控制,如果塑性应变区完全与测试区重合,则影响测量结果,塑性区完全隔绝,则测试灵敏度下降;压痕应变增量与残余应力的函数关系确立;标定实验和模拟计算,确立应变增量与材料特性之间的定量关系,以计算模拟代替标定。
3、切割法
切割法是将金属沿变形平面切开,*测量切割面的变形轮廓,然后将测试轮廓进行拟合,将拟合结果作为有限元模型的边界条件进行弹性计算获得了内部垂直切割平面的应力分布,可以得到切割面应力的分布趋势和特征,适用于大块材料残余应力的定性测量。