CN107748026A - 一种同步跨尺度残余应力检测方法 - Google Patents

一种同步跨尺度残余应力检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107748026A
CN107748026A CN201710796456.7A CN201710796456A CN107748026A CN 107748026 A CN107748026 A CN 107748026A CN 201710796456 A CN201710796456 A CN 201710796456A CN 107748026 A CN107748026 A CN 107748026A
Authority
CN
China
Prior art keywords
residual stress
stress
value
test specimen
theoretical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710796456.7A
Other languages
English (en)
Inventor
吴琼
高瀚君
张以都
陈曙光
李磊
谢东健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201710796456.7A priority Critical patent/CN107748026A/zh
Publication of CN107748026A publication Critical patent/CN107748026A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0047—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to residual stresses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明设计的一种同步跨尺度残余应力检测方法，其特征在于，首先对一标准试件的残余应力值进行标定，利用固定和加载装置对标准试件进行拉伸或压缩，并记录拉伸和压缩的轴向载荷，应用材料力学和弹性力学经典理论计算标准试件的理论应力值，将其作为测量值的基准。随后同步分别采用X射线衍射法和基于激光散斑干涉技术的钻孔法测量标准试件的微观和宏观残余应力。依据计算的理论应力值，对X射线衍射法和钻孔法的测量值进行修正，使微观和宏观残余应力的统一于理论值。再利用带有修正的X射线衍射法和基于激光散斑干涉的钻孔法测量其他待测试件的残余应力，实现残余应力的同步跨尺度检测。

Description

一种同步跨尺度残余应力检测方法
技术领域
本发明涉及工件残余应力检测领域，特别是涉及一种同步跨尺度残余应力检测方法。
背景技术
在工业生产过程中，无论是各种机械加工过程、强化工艺、不均匀塑性变形还是金相变化都会不可避免的在材料及其制品上产生残余应力。残余应力是一种内应力，这种内应力自相平衡，而且在外力和不均匀的温度场都消失后依然会存留在材料内部。这种内应力对于零件会产生一定的影响，例如疲劳强度、静强度、脆性破坏等。这些影响在普通行业造成的影响较小，然而对一些高精尖产业来讲，任何一种影响都将产生灾难性的后果。所以，合理有效的控制残余应力对于许多产业是十分重要的。若想对残余应力进行合理有效的控制，首先就要有更加准确、合理的测量方法来测量残余应力。
1925年格·马辛、Mura T、达维金科夫H.H分别提出了残余应力的界定方法。根据残余应力的相互影响范围大小可将残余应力分为宏观残余应力(Macro ResidualStresses)和微观残余应力(Micro residual Stresses)。1973年德国学者E.Macherauch又将宏观残余应力称为第一类残余应力，将微观残余应力划归为第二类、第三类残余应力。现有的测量方法只能测量宏观或微观残余应力中的一种，并且只能分开测量，无法同步测量微观与宏观残余应力。因此，残余应力的测量方法仍有待改进，从而实现微观与宏观跨尺度残余应力检测。
发明内容
1.、目的
基于上述背景，本发明设计的一种同步跨尺度残余应力检测方法，将测量微观残余应力的X射线衍射法与测量宏观残余应力的钻孔法相结合，可以同步测量微观和宏观两个尺度上的残余应力。采用不同的方法测量残余应力时，测量结果将存在一定的误差，本发明设计了残余应力的标定方法。将标定的标准试件的残余应力值作为基准，分别对宏观和微观两种测量方法进行修正，实现残余应力跨尺度测量的数值统一。
2、技术方案
本发明采取了如下的技术方案：
应用材料力学和弹性力学经典力学理论，计算试件在受到轴向拉力作用下，内部产生的应力。将计算值，作为残余应力真值，进行残余应力测量方法的标定；
利用X射线衍射法和基于激光散斑干涉的钻孔法，分别从微观和宏观角度测量残余应力；
基于试件在各拉伸状态下的理论应力值，对X射线衍射法和基于激光散斑干涉的钻孔法的测量结果进行修正，使宏观和微观残余应力测量值统一于理论值；
应用修正后的X射线衍射法和基于激光散斑干涉的钻孔法，可以实现残余应力微观和宏观的同步跨尺度检测；
该方案的主要特征是：
以往残余应力测试方法都只能测量宏观或微观残余应力中的一种，并且很难实现宏观和微观残余应力的统一。本方法通过对构造试件的标准残余应力，对测量微观的X射线衍射法和宏观的钻孔法进行标定和修正，将宏观和微观残余应力的测量结果统一，真正实现残余应力的跨尺度测量。
综上所述，本发明一种同步跨尺度残余应力检测方法，该方法的具体操作步骤如下：
步骤一：首先需要对残余应力进行标准化标定。取一无应力、材质均匀的矩形板作为标准试件，将试件两端固定在具有定量拉伸和压缩功能的卡具上；
步骤二：对试件两端施加相同的拉力或压力，使试件处于拉伸或压缩状态，记录载荷力值；
步骤三：利用经典的材料力学和弹性力学计算公式，考虑试件的材料和形状，计算该试件在该拉力下试件的理论应力值，将理论值作为测量值的基准；
步骤四：分别采用X射线衍射法和基于激光散斑干涉的钻孔法测量试件的残余应力，并将测量值与计算的理论值进行对比；
步骤五：改变试件两端的拉力值，并重复步骤三和步骤四，从而获得多种标准应力状态下，两种测量方法与理论值的误差；
步骤六：依据测量结果，建立两种测量方法的测量结果修正公式，使宏观和微观的残余应力测量结果在各个应力水平上都统一于计算的理论值；
步骤七：搭建跨尺度残余应力检测平台，该平台集成X射线衍射残余应力检测设备和基于激光散斑干涉应变识别的钻孔法设备。同时，在平台中加入加载固定装置，用于残余应力标准化标定；
步骤八：应用搭建的检测平台对其他待测试件的残余应力进行检测，并利用修正公式对测量结果进行修正，最终实现残余应力的同步跨尺度测量。
3、优点及效果
(1)本发明对标准试件的加载，利用经典的材料力学和弹性力学公式，计算在不同拉伸状态下试件残余应力的标准理论值，并将其作为残余应力测量的标准值，对不同测量方法进行修正，即提出了残余应力的标定方法。
(2)本发明同时采用微观和宏观的残余应力检测方法，对同一试件的同一位置进行残余应力检测，并通过修正公式，使微观和宏观残余应力测量结果的统一，实现跨尺度残余应力检测。
附图说明
图1是同步跨尺度残余应力检测方法流程图；
图2是同步跨尺度残余应力检测方法应用的示意图；
图中1为激光发射仪，2为测力计，3为小功率电机，4为加持加载装置活动端，5为X-射线发射仪，6为基座，7为X-射线应力检测仪，8为标准试件，9为加持加载装置固定端，10为激光检测镜头底座，11为激光检测镜头，12为激光头底座，13为激光头，14为钻孔机。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明的方法流程做进一步的描述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。其中，附图2描述的检测平台是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
步骤一：首先需要对残余应力进行标准化标定。取一无应力、材质均匀的矩形板作为标准试件，将试件两端固定在具有定量拉伸和压缩功能的卡具上；
步骤二：对试件两端施加相同的拉力或压力，使试件处于拉伸或压缩状态，记录载荷力值；
步骤三：利用经典的材料力学和弹性力学计算公式，考虑试件的材料和形状，计算该试件在该拉力下试件的理论应力值，将理论值作为测量值的基准；
步骤四：分别采用X射线衍射法和基于激光散斑干涉的钻孔法测量试件的残余应力，并将测量值与计算的理论值进行对比；
步骤五：改变试件两端的拉力值，并重复步骤三和步骤四，从而获得多种标准应力状态下，两种测量方法与理论值的误差；
步骤六：依据测量结果，建立两种测量方法的测量结果修正公式，使宏观和微观的残余应力测量结果在各个应力水平上都统一于计算的理论值；
步骤七：搭建跨尺度残余应力检测平台(图2)，该平台集成X射线衍射残余应力检测设备和基于激光散斑干涉应变识别的钻孔法设备。同时，在平台中加入加载固定装置，用于残余应力标准化标定；
步骤八：应用搭建的检测平台对其他待测试件的残余应力进行检测，并利用修正公式对测量结果进行修正，最终实现残余应力的同步跨尺度测量。

Claims (1)

1.一种同步跨尺度残余应力检测方法，其特征在于，首先对一标准试件的残余应力值进行标定，利用固定和加载装置对标准试件进行拉伸或压缩，并记录拉伸和压缩的轴向载荷，应用材料力学和弹性力学经典理论计算标准试件的理论应力值，将其作为测量值的基准。随后同步分别采用X射线衍射法和基于激光散斑干涉技术的钻孔法测量标准试件的微观和宏观残余应力。依据计算的理论应力值，对X射线衍射法和钻孔法的测量值进行修正，使微观和宏观残余应力的统一于理论值。再利用带有修正的X射线衍射法和基于激光散斑干涉的钻孔法测量其他待测试件的残余应力，实现残余应力的同步跨尺度检测。
该方法的具体步骤如下：
步骤一：首先需要对残余应力进行标准化标定。取一无应力、材质均匀的矩形板作为标准试件，将试件两端固定在具有定量拉伸和压缩功能的卡具上；
步骤二：对试件两端施加相同的拉力或压力，使试件处于拉伸或压缩状态，记录载荷力值；
步骤三：利用经典的材料力学和弹性力学计算公式，考虑试件的材料和形状，计算该试件在该拉力下试件的理论应力值，将理论值作为测量值的基准；
步骤四：分别采用X射线衍射法和基于激光散斑干涉的钻孔法测量试件的残余应力，并将测量值与计算的理论值进行对比；
步骤五：改变试件两端的拉力值，并重复步骤三和步骤四，从而获得多种标准应力状态下，两种测量方法与理论值的误差；
步骤六：依据测量结果，建立两种测量方法的测量结果修正公式，使宏观和微观的残余应力测量结果在各个应力水平上都统一于计算的理论值；
步骤七：搭建跨尺度残余应力检测平台，该平台集成X射线衍射残余应力检测设备和基于激光散斑干涉应变识别的钻孔法设备。同时，在平台中加入加载固定装置，用于残余应力标准化标定；
步骤八：应用搭建的检测平台对其他待测试件的残余应力进行检测，并利用修正公式对测量结果进行修正，最终实现残余应力的同步跨尺度测量。
CN201710796456.7A 2017-09-06 2017-09-06 一种同步跨尺度残余应力检测方法 Pending CN107748026A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710796456.7A CN107748026A (zh) 2017-09-06 2017-09-06 一种同步跨尺度残余应力检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710796456.7A CN107748026A (zh) 2017-09-06 2017-09-06 一种同步跨尺度残余应力检测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107748026A true CN107748026A (zh) 2018-03-02

Family

ID=61255667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710796456.7A Pending CN107748026A (zh) 2017-09-06 2017-09-06 一种同步跨尺度残余应力检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107748026A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109359358A (zh) * 2018-09-29 2019-02-19 南京航空航天大学 一种用于带侧槽紧凑拉伸试件的侧槽几何优化设计方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102169033A (zh) * 2010-12-08 2011-08-31 北京科技大学 一种铝合金板材内部残余应力定点无损检测方法
CN102435623A (zh) * 2011-09-19 2012-05-02 中国原子能科学研究院 中子衍射残余应力测定装置与方法
CN102636303A (zh) * 2012-04-12 2012-08-15 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种基于表面超声波测定薄镀层残余应力的方法
CN102645295A (zh) * 2012-03-16 2012-08-22 王伟中 量化材料未知应力与残余应力的装置及其方法
CN102749316A (zh) * 2011-04-21 2012-10-24 中国科学院金属研究所 测量SiCf/Ti基复合材料界面微观残余应力的方法
CN103439206A (zh) * 2013-09-13 2013-12-11 徐州工程学院 基于微压痕法的韧性块体材料微小区域残余应力测试方法
CN103543206A (zh) * 2013-11-01 2014-01-29 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种铝合金预拉伸板残余应力水浸超声检测方法
US8645086B1 (en) * 2010-09-18 2014-02-04 The Boeing Company Stress function calibration method
CN103616129A (zh) * 2013-12-09 2014-03-05 北京理工大学 一种用于拉压残余应力超声检测***的自动校准方法
CN103630564A (zh) * 2013-03-29 2014-03-12 南车青岛四方机车车辆股份有限公司 高速列车车体残余应力测量方法
CN103969108A (zh) * 2014-05-15 2014-08-06 北京科技大学 一种基于显微压痕的测量金属试样表面残余应力的方法
CN204881931U (zh) * 2015-09-01 2015-12-16 武汉钢铁(集团)公司 残余应力标定试验用框架式平台
CN106153458A (zh) * 2015-03-24 2016-11-23 中国科学院金属研究所 一种拉压型残余应力标定用装置

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8645086B1 (en) * 2010-09-18 2014-02-04 The Boeing Company Stress function calibration method
CN102169033A (zh) * 2010-12-08 2011-08-31 北京科技大学 一种铝合金板材内部残余应力定点无损检测方法
CN102749316A (zh) * 2011-04-21 2012-10-24 中国科学院金属研究所 测量SiCf/Ti基复合材料界面微观残余应力的方法
CN102435623A (zh) * 2011-09-19 2012-05-02 中国原子能科学研究院 中子衍射残余应力测定装置与方法
CN102645295A (zh) * 2012-03-16 2012-08-22 王伟中 量化材料未知应力与残余应力的装置及其方法
CN102636303A (zh) * 2012-04-12 2012-08-15 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种基于表面超声波测定薄镀层残余应力的方法
CN103630564A (zh) * 2013-03-29 2014-03-12 南车青岛四方机车车辆股份有限公司 高速列车车体残余应力测量方法
CN103439206A (zh) * 2013-09-13 2013-12-11 徐州工程学院 基于微压痕法的韧性块体材料微小区域残余应力测试方法
CN103543206A (zh) * 2013-11-01 2014-01-29 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种铝合金预拉伸板残余应力水浸超声检测方法
CN103616129A (zh) * 2013-12-09 2014-03-05 北京理工大学 一种用于拉压残余应力超声检测***的自动校准方法
CN103969108A (zh) * 2014-05-15 2014-08-06 北京科技大学 一种基于显微压痕的测量金属试样表面残余应力的方法
CN106153458A (zh) * 2015-03-24 2016-11-23 中国科学院金属研究所 一种拉压型残余应力标定用装置
CN204881931U (zh) * 2015-09-01 2015-12-16 武汉钢铁(集团)公司 残余应力标定试验用框架式平台

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王超逸等: "两种残余应力测定方法的研究和比较", 《理化检验(物理分册)》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109359358A (zh) * 2018-09-29 2019-02-19 南京航空航天大学 一种用于带侧槽紧凑拉伸试件的侧槽几何优化设计方法
CN109359358B (zh) * 2018-09-29 2020-06-16 南京航空航天大学 一种用于带侧槽紧凑拉伸试件的侧槽几何优化设计方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Motra et al. Assessment of strain measurement techniques to characterise mechanical properties of structural steel
Zhu et al. Cross-sectional capacity of octagonal tubular steel stub columns under uniaxial compression
Archenti et al. Accuracy analysis of machine tools using Elastically Linked Systems
CN106931898B (zh) 一种基于光纤传感器高温环境下的应变测量方法
CN106644711B (zh) 一种延性材料单轴本构关系测试方法
CN102564856A (zh) 基于数字图像相关的塑性多缺陷材料m积分测量方法
Archenti et al. A new method for circular testing of machine tools under loaded condition
CN108375438A (zh) 一种xrd残余应力测量参数标定装置和方法
CN108548720B (zh) I型裂纹弹塑性理论公式获取延性材料j阻力曲线的方法
Jalali et al. High throughput determination of creep parameters using cantilever bending: part II-primary and steady-state through uniaxial equivalency
CN209689818U (zh) 一种简易的力传感器标定装置
Van Hemelrijck et al. Biaxial testing of fibre-reinforced composite laminates
CN107748026A (zh) 一种同步跨尺度残余应力检测方法
JP2006266964A (ja) ひずみ制御型超高サイクル疲労試験方法および疲労試験装置
KR101337954B1 (ko) 금속 재료의 이축 인장 변형량 측정 장치 및 방법
Padmanabhan et al. Load and boundary condition calibration using full-field strain measurement
Tyson Advanced material properties measurements with optical metrology
KR20180019396A (ko) 변형률비의 변동을 고려한 상사법칙을 이용한 철근콘크리트 구조물의 축소모형 유사동적실험방법
Sakane et al. Creep void formation and rupture lifetime in multiaxial stress states
CN109883611A (zh) 一种简易的力传感器标定装置和方法
CN105674944A (zh) 一种在介质环境中直接测量试样应变的方法
Pástor et al. Development of the Device with a High Positioning Accuracy Serving for Residual Stress Quantification using Optical Methods
Mukhamedzhanova et al. A method for calculating the uncertainty of the tensile strength during bending of concrete prisms used in the construction of transport infrastructure
Vladimír et al. The methodology of transformation of the nominal loading process into a root of notch
JP2019082985A (ja) 非線形応力ひずみ解析装置、非線形応力ひずみ解析方法、及び非線形応力ひずみ解析プログラム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180302