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1、盲孔法残余应力检测系统设计摘 要机械零部件和构件在制造时，材料内部会产生残余应力，不恰当的残余应力分布会影响构件尺寸稳定性，以及使用安全，因此，如何测量构件内部的残余应力分布就成为一项关乎构件使用安全的重要内容。本文在对目前常用的各种应力检测方法进行分析比较的基础上，选用目前可靠性最高的一种方法盲孔法作为研究对象，在对该方法进行研究过程中，对盲孔法所用的应力测试系统进行了设计。本文在盲孔法残余应力测试系统设计硬件方面的工作包括：针对盲孔法应力测试需要，对测试用应变片，单片机和显示屏进行优选，同时对测试系统的电源、信号放大、AD转换以及相关接口电路等进行了设计。本文在软件方面的工作包括:下位机总
2、体软件架构，定时器程序，A/D转换程序，主程序，LCD显示程序以及键盘程序的设计。本文通过对应力测试系统硬件和软件的设计，来实现盲孔法残余应力的测试。关键词：残余应力 盲孔法 应变 测试 单片机Blind hole method of residual stress detection system designABSTRACTMechanical parts and components at the time of manufacture, material internal residual stress, inappropriate residual stress distributi
3、on will affect the stability of component size, as well as the use of safety, therefore, how to measure the residual stress distribution of the components has become one of the most important contents to the safety of using components. In this paper, on the basis of analysis and comparison of a vari
4、ety of stress detection, selection of the highest reliability of a methodBlind hole method for the study, the methods of the research process, stress test systems used by the blind hole method design. The blind hole method of residual test system design in terms of hardware include: the need for str
5、ess testing of the blind hole method, Optimization of the test strain gage, microcontroller and display, at the same time, designed the signal amplification, AD conversion and interface circuit of test system.The software include: design of the machine overall software architecture, the timer progra
6、m, the A / D conversion process, the main program, the LCD display program, and a keyboard program. In this paper, through the design of the stress test system hardware and software, realized the blind hole method of residual stress test.KEYWORDS：Residual stress Blind hole method Strain Test Single
7、chip microcomputer矮化砧嫁接的苹果树树冠体积小于乔化砧嫁接的苹果树树冠体积，矮化砧苹果树单株产量低于乔化砧苹果树，所以，栽植矮化苹果树必须根据不同的矮化砧木和不同类型的短枝型品种适当加大栽培密度目 录中文摘要ABSTRACT第一章 绪论11.1 研究目的和意义11.2 研究现状和发展趋势11.2.1残余应力研究现状和发展趋势11.2.2应变仪的发展现状和发展趋势21.3 本文研究内容和方法51.3.1 本文主要研究内容51.3.2 本文主要研究方法5第二章 残余应力测试仪总体设计方案62.1 残余应力测试仪硬件设计62.2 残余应力测试仪软件设计7第三章 残余应力测试仪硬件部
8、分83.1 信号采集部分83.1.1 应变片83.1.2 惠斯登电桥电路93.2 电源103.3 信号采集调理部分113.3.1 信号放大部分113.3.2 模数转换部分133.4 数字主电路部分153.4.1 单片机153.4.2 LCD12864液晶显示173.4.3 键盘部分18第四章 残余应力测试仪软件部分214.1 下位机软件的构成214.2 定时器214.3 A/D转换程序224.4 主程序234.5 LCD12864254.6 键盘软件设计27第五章 总结与展望295.1 全文总结295.2 展望29致谢30参考文献31附录 程序32第一章 绪论1.1 研究目的和意义构件在制造过
9、程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响；当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残留应力或残余应力。机械零部件和构件在制造时，各种加工工艺，比如，焊接、锻压、铸造和各种热处理工艺等，都会在材料中产生残余应力，有时，残余应力的水平会超过材料的屈服极限（如焊接残余应力）。过大的残余应力会严重影响机械零部件和构件的疲劳强度、抗应力腐蚀能力和尺寸稳定性，从而影响到它们的使用安全性。对残余应力检测进行研究的目的在于，通过对构件内部残余应力的分布状况进行检测，实现残余应力的控制或消除，降低和消除它所带来的负面影响。1
10、.2 研究现状和发展趋势1.2.1残余应力研究现状和发展趋势 残余应力的测量技术始于20世纪30年代，发展至今共形成了数十种测量方法。残余应力的测量方法可分为机械释放测量法和非破坏无损伤测量法两种。机械释放测量法，是将具有残余应力的部件从构件中分离或切割出来使应力释放，然后测量其应变的变化求出残余应力。它主要包括钻孔法、分割切条法释放法、逐层铣削法等。其优点是测量的精度较高，但对构件的损伤较大。非破坏性方法，包括x射线衍射法、中子衍射法、磁性法、超声波法、电子散斑干涉法等。它对被测构件无损害，但成本较高。目前，国内外常用测定残余应力的方法有机械释放测量法：1)钻孔法、2)切条法、3)逐层铣削法
11、；非破坏性测量方法有：1)X射线衍射法、2)中子衍射法、3)磁性法、4)超声波法、5)电子散斑干涉法、6)金属磁记忆法。除了以上测量方法外。近年来有一批新的测试技术应用而生，如用屈服条件确定残余应力，无损电测法，脆性涂层法，云纹法，反向叠加应力法，热评估法，硬度法，数字散斑法以及压痕叠加应力测量法等，有时也可根据具体情况将各种测试方法综合起来应用。 在过去的近几十年，计算机对科学技术的深远影响是无庸置疑的，它大大的拓展了工程问题的可解范围，工程领域中大多数力学问题和场问题，如固体力学中的位移场、应力场问题，热传导中的稳态和瞬态温度场分析，流体力学中的流场问题，量子场理论，材料相转化的起源，金属
12、裂纹的传播问题等，只有很少部分能够用解析方法解决，往往是在给定边界条件下求解常微分和偏微分方程的问题，尽管有时可得到它们的基本方程和边界条件，但有时因其边界条件、结构形体、外加荷载过于复杂，往往无法求得其精确的解析解，处理此类复杂工程问题的途径一般是：引入简化假设和采用数值模拟方法，前者常因为假设不合理导致结果出现较大的误差而不可信，故随着计算机技术的发展和现代数学以及力学理论的成熟与完善，利用计算机数值模拟技术来获取满足工程精度的数值近似解，是目前工程仿真领域的一大突破。有限单元法(FElV0、边界元法(BEM)、有限差分法(EDM)和离散单元法(DEM)己成为工界常用的数值模拟方法，其中最
13、具广泛性和实用性的是有限单元法，其基本思想是将问题的求解域分成许多单元，单元之间由节点相互连接，只要单元满足问题的收敛要求，则随着单元尺寸的减小和求解区域内单元数的增多，近似解将最终收敛于精确解，有限单元法的基本思想在上世纪四十年代初就被提出，五十年代最先应用于航空工业中飞机结构的矩阵分析，1960年美国克拉夫在其发表的题为“平面应力分析的有限单元法的论文中首次使用，其后的半个世纪以来，有限单元法数值模拟技术借助计算机在工程中得以广泛应用，基于此编制的较大型的面向工程的有限元通用程序以使用方便，计算精度高，其模拟结果己成为工程产品设计和性能分析的可靠依据，以ANSYS为代表的有限元模拟分析软件
14、，己成为目前结构工程学、宇航工程学、岩土力学、热传导及流体力学、生物医学等众多研究领域有力的分析工具，在减少工业设计和制造费用，优化设计和降低成本，性能评估设计等方面发挥着重要的作用。测量残余应力的各种方法在国内外学者的努力下，己经广泛应用于实际工程中。1.2.2应变仪的发展现状和发展趋势 以前采用交流电桥，结构复杂，需电容平衡，很难实现桥路的自动平衡与自动标定，采用载波放大，相敏检波，主要是当时直流放大器性能不高，因此只能采用交流放大。直流结构简单，不需考虑桥路分析电容的影响，因此可实现桥路的自动平衡，自动标定，但电源精度，桥路线路都会产生影响测量精度，因此在国内直流桥路测量大都用在静态应变
15、中。在动态应变测量中，国际上大都采用直流供电，测量信号范围已达30KHz，结构简单，精度高。相应地中高端应变仪几乎都被日、美、德等国所垄断。在国内，还不能很好地解决测量电路和直流电源精度，测量距离，温度，湿度对实际测量精度有较大的影响等一系列问题。 目前国内做的比较好的应变仪有华东电子仪器厂、靖江东华、扬州泰司、北戴河兰德公司等，国外有日本东京测器、日本共和和美国的NEFF公司等。 电阻应变仪按被测对象的应变变化频率及相应的电阻应变仪的工作频率范围将其分为静态电阻应变仪、静动态电阻应变仪、动态电阻应变仪、超动态电阻应变仪、遥测电阻应变仪：（1）静态电阻应变仪：主要是用于静态应变或静力试验中的有关力学量的测量。一般采用手动平衡，载频在50-1000HZ范围内。早期国产的有YJ-25，现在有靖江东华公司的DH3￥15N等。该仪器主要特点是将放大后的信号经A/D转换器变成数码显示，读数方便准确，其原理框图如图1-1所示。图 1-1静态电阻应变仪原理框图（2）静动态电阻应变仪：这类电阻应变仪除了可测量静态应变，还可以测量频率在100-200HZ以下的动态应变。早期国产的有YJD.17型
