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殘余應(yīng)力檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，天津振�?dòng)時(shí)效設(shè)備 振動(dòng)時(shí)效儀 振動(dòng)時(shí)效機(jī)濟(jì)南力拓

（1）檢測(cè)工件表面及內(nèi)部的綜合殘余應(yīng)力變化量。

（2）檢測(cè)工件在接受某種時(shí)效處理前后的殘余應(yīng)力變化量，以運(yùn)算其應(yīng)力消除率。三、實(shí)驗(yàn)原理

目前在焊接件和鑄件上應(yīng)用的較多的殘余應(yīng)力測(cè)量方法是盲孔法，盲孔法就是在工件上鉆一小通孔或不通孔，使被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力得到釋放，并由事先貼在孔周位的應(yīng)變計(jì)測(cè)得釋放的應(yīng)變量，再根據(jù)彈性力學(xué)原理計(jì)算出殘余應(yīng)力來(lái)。鉆孔的直徑和深度都不大，不會(huì)影響被測(cè)構(gòu)件的正常使用。并且這種方法具有較高的精度，因此它已成為應(yīng)用比較廣泛的方法。

（一）理論公式的推導(dǎo)，天津振動(dòng)時(shí)效設(shè)備 振動(dòng)時(shí)效儀 振動(dòng)時(shí)效機(jī)濟(jì)南力拓

當(dāng)殘余應(yīng)力沿厚度方向的分布比較均勻時(shí)，可采用一次鉆孔法測(cè)量殘余應(yīng)力的量值。

用圖3.6表示被測(cè)點(diǎn)o附近的應(yīng)力狀態(tài)：σ1和σ2為о點(diǎn)的殘余主應(yīng)力。在距被測(cè)點(diǎn)半徑為r的Р點(diǎn)處，σr和σt分 別表示鉆孔釋放徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力。并且σr和σ1的夾角為ф。

根據(jù)彈性力學(xué)原理可得P點(diǎn)的原有殘余應(yīng)力σ′r和σ′t與殘余主應(yīng)力σ1和σ2的關(guān)系如式（4）。

鉆孔法測(cè)殘余應(yīng)力時(shí)，要在被測(cè)點(diǎn)о處鉆一半徑為a的小孔以釋放應(yīng)力。由彈性力學(xué)可知，鉆孔后P點(diǎn)處的應(yīng)力σ″r和σ″t分別為式（5）

在一般情況下，主應(yīng)力方向是未知的則上式中含有三個(gè)未知數(shù)σ1，σ2和Ф。如果在與主應(yīng)力成任意角 的Ф1，Ф2，Ф3三個(gè)方向上貼應(yīng)變片， 由上式可得三個(gè)方程，即可求出σ1，σ2和Ф來(lái)。為了計(jì)算方便，三個(gè)應(yīng)變片之間的夾角采用標(biāo)準(zhǔn)角度，如Ф，Ф+45°，Ф+90°，這樣測(cè)得的三個(gè)應(yīng)變分別為ε0，ε45和ε90即：

在有些情況下，公式（12）將會(huì)有所變化：

1.如果被測(cè)點(diǎn)的殘余應(yīng)力是單向應(yīng)力狀態(tài)，只要在應(yīng)力方向上貼一應(yīng)變片，鉆孔后即可測(cè)出應(yīng)變?chǔ)?/span>o，把Ф=0, σ2=0代入（11）式得

2.如果殘余應(yīng)力σ1和σ2的方向已知，則可沿兩個(gè)主應(yīng)力方向貼一應(yīng)變片，如圖3.7所示，Φ=0和Φ=90。則由（11）式可得：

公式（12）是通過(guò)彈性力學(xué)理論推倒而來(lái)的，式中的A、B值是通過(guò)計(jì)算得到的。因此上述方法被稱做理論公式法。還有一種方法就是通過(guò)在拉伸試件上標(biāo)定釋放應(yīng)變與應(yīng)力的比例系數(shù)后，再計(jì)算殘余應(yīng)力，這種方法稱做實(shí)驗(yàn)標(biāo)定法。

（二）實(shí)驗(yàn)標(biāo)定法，天津振動(dòng)時(shí)效設(shè)備 振動(dòng)時(shí)效儀 振動(dòng)時(shí)效機(jī)濟(jì)南力拓

如圖3.9所示，在距孔心r處貼片。為消除邊緣效應(yīng)的影響，取寬度b大于a的4-5倍的試件。在材料試驗(yàn)機(jī)上將沒(méi)有鉆孔的試件逐級(jí)加載，計(jì)算出試件的應(yīng)力σ，測(cè)出各級(jí)荷載下的應(yīng)變?chǔ)拧?/span>1和ε′2。然后取下試件用專用設(shè)備在試件指定部位上�？缀�，再重新拉伸，并測(cè)出�？缀蟮膽�(yīng)變值ε″1和ε″2。

將兩種情況下同一級(jí)荷栽產(chǎn)生的應(yīng)變差求出后可見，鉆孔前后的應(yīng)變差與應(yīng)力成正比，即：

（21）式與（13）式具有完全相同的形式，它說(shuō)明標(biāo)定法得到的A′,B′相當(dāng)于理論公式中的A,B。因此只要通過(guò)標(biāo)定法測(cè)得A′和B′后代入公式（12）中，即可得到主應(yīng)力方向未知的測(cè)點(diǎn)的殘余應(yīng)力σ1和σ2及其夾角Ф的數(shù)值。

當(dāng)構(gòu)件中的殘余應(yīng)力沿厚度分布不均勻時(shí)，可采用分層鉆孔法求得各深度的殘余應(yīng)力。其方法是：等深度地逐層鉆孔測(cè)定每次的應(yīng)力釋放量。如果已知主應(yīng)力的方向，則有：

被測(cè)點(diǎn)鉆一小孔只能使殘余應(yīng)力局部釋放，因此應(yīng)變計(jì)所測(cè)出的釋放應(yīng)變值很小，必須采用高精度的應(yīng)變計(jì)。為了不斷提高測(cè)量精度，還必須十分注意產(chǎn)生誤差的各種因素，其中最主要的是鉆孔設(shè)備的精度和鉆孔技術(shù)，還有應(yīng)變測(cè)試誤差。一般來(lái)說(shuō)鉆孔深度 h≥2a 即可。

（三）鉆孔設(shè)備及鉆孔要求，天津振動(dòng)時(shí)效設(shè)備 振動(dòng)時(shí)效儀 振動(dòng)時(shí)效機(jī)濟(jì)南力拓

（1）.鉆孔設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單，便于攜帶，易于固定在構(gòu)件上，同時(shí)要求對(duì)中方便，鉆孔深度易于控制，并能適應(yīng)在各種曲面上工作。圖3.10為小孔鉆的結(jié)構(gòu)圖，這種鉆具能較好地實(shí)現(xiàn)上述要求，借助4個(gè)可調(diào)節(jié)X、Y方向的位置和上、下位置，以保持鉆孔垂直于工件表面，用萬(wàn)向節(jié)與可調(diào)速手電鉆連接施行鉆孔。

（2）.鉆孔的技術(shù)要求：

①被測(cè)表面的處理要符合應(yīng)變測(cè)量的技術(shù)要求，直角應(yīng)變片應(yīng)用502膠水準(zhǔn)確地粘貼在測(cè)點(diǎn)位置上，并用膠帶覆蓋好絲柵，防止鐵屑破壞絲柵。

②鉆孔時(shí)要保證鉆桿與測(cè)量表面垂直，鉆孔中心偏差應(yīng)控制在±0.025 mm以內(nèi)。

③鉆孔時(shí)要穩(wěn)，機(jī)座不能抖動(dòng)。鉆孔速度要低，鉆孔速度快易導(dǎo)致應(yīng)變片的溫度漂移，孔周切削應(yīng)變?cè)龃笫箿y(cè)量不穩(wěn)定。為消除切削應(yīng)變的影響，可先采用小鉆頭鉆孔然后再用銑刀洗孔。

如果無(wú)法使用小孔鉆，可以使用噴沙打孔法打一盲孔，噴沙打孔的方法就是利用壓縮空氣帶動(dòng)Al2O3或SiO2粉末，通過(guò)回轉(zhuǎn)的噴嘴對(duì)準(zhǔn)應(yīng)變花中心打孔標(biāo)志，噴吹表面而得一盲孔。這種方法實(shí)際上是一種磨削過(guò)程，其產(chǎn)生的熱量由氣流冷卻，加之切削量很小，因此打孔時(shí)引起的附加應(yīng)力較小，噴沙打孔法的測(cè)量精度較高。

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