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1、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。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n n1 1、脆性材料：残余应力与工作应力叠加，达到、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。强度极限发生破坏。韧性材料对静载的影响不大。韧性材料对静载的影响不大。2024/9/251n n2 2、降低构件的尺寸稳定性和加工精度、降低
2、构件的尺寸稳定性和加工精度uu残余应力与工作应力叠加后达到屈服，发生残余应力与工作应力叠加后达到屈服，发生塑性变形塑性变形uu金属加工使残余应力释放，发生变形金属加工使残余应力释放，发生变形n n3 3、受压构件提前失效、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两种应力叠加使构件局部先达到临界应力而失稳稳n n4 4、结构疲劳强度受影响、结构疲劳强度受影响一般使交变载荷下的疲劳强度降低，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。如链条但：残余压应力使疲劳强度大大提高。如链条n n5 5、残余拉应力大大降低结构抗腐蚀开裂的能力，、残余拉应力大大降低结构抗腐
3、蚀开裂的能力，造成损失极大。造成损失极大。2024/9/25210-2 残余应力测量方法简介10-2-1 10-2-1 物理测定法物理测定法n n1 1、X X射线法射线法uu特点特点：无损，方法成熟，应用广泛，可以测高应力梯度；：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，细的影响；设备价格昂贵，uu误差误差：约在：约在2020MPaMPa以下。以下。n n2 2、磁测法、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，测量应力使晶格发生形变，导致磁导率、电阻率
4、等发生变化，测量它们即可得残余应力。它们即可得残余应力。uu特点特点：真正无损，设备简单，使用方便，可以深入有限厚：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。与探头直径相当。uu精度精度：以：以9090置信度，绝对误差可小于置信度，绝对误差可小于 s s/7/72024/9/253n n3 3、声弹性方法、声弹性方法利用应力对超声波波速的影响，通过建立应力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。声速关系来计算物体的内部应力。特点特点：无损，安全，凡
5、对声音：无损，安全，凡对声音“ “透明透明” ”的物体均的物体均可可 使用；但因材料织构等因素的影响，主要应用使用；但因材料织构等因素的影响，主要应用于一维螺栓应力。于一维螺栓应力。物理测量法都是无损的10-2-2 10-2-2 机械测量法机械测量法1 1、切割法、切割法切开，释放应力切开，释放应力2 2、开槽法、开槽法在试件上开一封闭的槽，释放应力在试件上开一封闭的槽，释放应力3 3、钻孔法、钻孔法打一盲孔释放应力打一盲孔释放应力2024/9/25410-3 盲孔法10-3-1 10-3-1 原理原理n n无限大平板，受均匀应力无限大平板，受均匀应力 1 1 2 2，应力状态应力状态钻通孔后
6、应力钻通孔后应力22024/9/255释放应力n n按平面应力状态的广义虎克定律有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沿贴片方向的释放应变n n引入释放系数引入释放系数释放应变成为2024/9/256应用三轴应变花n n可以解出可以解出n n 为从为从 0 0方向到方向到 1 1方向之夹角，逆时针为正方向之夹角，逆时针为正2024/9/257按书中标记为按书中标记为2024/9/25810-3-2 释放系数的标定A A、B B、可以用单向拉伸试件可以用单向拉伸试件标定标定将将 0 0， 1 1 1 1 90 90 ， 2 2 2 20 0代入代入n n可以解出可以解出2024/9
7、/259若不想A、B中有材料常数E、的影响取取n n也可以计算出也可以计算出k k1 1、k k2 2的值，再按下式计算残余应的值，再按下式计算残余应力力2024/9/251010-4 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：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再代入残余应力的计算式中式中2024/9/2511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钻孔附加应变需要用经过充分退火的零应力块预
8、先测量测量常见材料和残余应力应变花的钻孔附加应变已经测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。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钻孔次数都有极大的关系2024/9/251210-5 试验技术10-5-1 10-5-1 应变计应变计如右下图专用残余应力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各片应变计到中心距离相同10-5-2 10-5-2 贴片贴片与一般应变计同与一般应变计同10-5-3 10-5-3 钻孔技术钻孔技术n n安装、对中、调水平（预调平衡）安装、对中、调水平
9、（预调平衡）n n端面铣应变计基底（预调平衡）端面铣应变计基底（预调平衡）n n定深钻小孔定深钻小孔1.0 mm1.0 mmn n定深扩孔定深扩孔1.5 mm1.5 mmn n测量测量 仪仪、计算释放应变、残余应力、计算释放应变、残余应力2024/9/2513通孔与盲孔理论是从通孔推出，实际是钻盲孔。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，当孔深达到孔孔深与释放应变是有关系的，但是，当孔深达到孔径的径的1.51.5倍以上时，释放应力基本不再增加。而释倍以上时，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，仅有一个假放系数是实测得到，故可以钻盲孔，仅有一个假设
10、：盲孔的应变释放与通孔具有相同的表达形式设：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）（释放率可以不一样，前面加个小于一的系数）即可。即可。2024/9/251410-6 误差1 1、应变计灵敏系数极其分散度、应变计灵敏系数极其分散度2 2、应变计热输出、应变计热输出3 3、钻孔对中偏差、钻孔对中偏差4 4、孔径、孔深偏差、孔径、孔深偏差5 5、附加应变、附加应变6 6、沿表明、厚度方向的应力梯度、沿表明、厚度方向的应力梯度n n残余应力的误差一般可以达到残余应力的误差一般可以达到5 51010，甚，甚至更大。至更大。2024/9/2515喷沙打孔n n用气沙混合气流磨蚀喷沙打孔用气沙混合气流磨蚀喷沙打孔采用回转喷嘴打孔装置采用回转喷嘴打孔装置孔径：孔径： 1 13 3mmmm附加应变：附加应变： 2.92.1 2.92.1 m/m m/m 45# 45#钢钢-1.9 5.6 -1.9 5.6 m/m m/m 不锈钢不锈钢2024/9/2516n n1 1、n n2 2、2024/9/2517
