一种残余应力盲孔检测方法技术

本发明专利技术涉及一种残余应力盲孔检测方法，其特征在于，包括步骤：S1、在工件上钻一小通孔或不通孔，使被测点的应力得到释放；S2、由事先贴在孔周位的应变计测得释放的应变量；S3、根据弹性力学原理计算出残余应力。本发明专利技术提供的残余应力盲孔检测方法，测量精度高、线性好、温漂小，可长时间可靠地工作，可广泛应用于工业现场、企业研发测试中心、大学教学实验的应变、应力、位移、压力等物理量综合测试。

A method for detecting blind hole in residual stress

The invention relates to a residual stress hole detection method is characterized by comprising the steps of: drill a small hole or blind hole on the workpiece, the S1, the measured points of stress release; S2, posted in advance by the hole strain gauges should be measured variables release; S3 according to the elastic mechanics principle to calculate the residual stress. The present invention provides residual stress blind detection method, high accuracy, good linearity, small temperature drift, long time can work reliably, and can be widely used in the industrial field, R & D and testing center, university teaching experiment stress and comprehensive test force, displacement, pressure and other physical quantities.

【技术实现步骤摘要】
一种残余应力盲孔检测方法
本专利技术涉及残余应力检测
，更具体地说，涉及一种残余应力盲孔检测方法。
技术介绍
通常讲，一个物体，在没有外力和外力矩作用、温度达到平衡、相变已经终止的条件下，其内部仍然存在并自身保持平衡的应力叫做内应力。按照德国学者马赫劳赫提出的分类方法，内应力分为三类：第Ⅰ类内应力是存在于材料的较大区域(很多晶粒)内，并在整个物体各个截面保持平衡的内应力。当一个物体的第Ⅰ类内应力平衡和内力矩平衡被破坏时，物体会产生宏观的尺寸变化。第Ⅱ类内应力是存在于较小范围(一个晶粒或晶粒内部的区域)的内应力。第Ⅲ类内应力是存在于极小范围(几个原子间距)的内应力。在工程上通常所说的残余应力就是第Ⅰ类内应力。到目前为止，第Ⅰ类内应力的测量技术最为完善，它们对材料性能和构件质量的影响也研究得最为透彻。除了这样的分类方法以外，工程界也习惯于按产生残余应力的工艺过程来归类和命名，例如铸造应力、焊接应力、热处理应力、磨削应力、喷丸应力等等，而且一般指的都是第Ⅰ类内应力。机械零部件和大型机械构件中的残余应力对其疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命有着十分重要的影响。适当的、分布合理的残余压应力可能成为提高疲劳强度、提高抗应力腐蚀能力，从而延长零件和构件使用寿命的因素；而不适当的残余应力则会降低疲劳强度，产生应力腐蚀，失去尺寸精度，甚至导致变形、开裂等早期失效事故。在机械制造中，各种工艺过程往往都会产生残余应力。但是，如果从本质上讲，产生残余应力的原因可以归结为：不均匀的塑性变形；不均匀的温度变化；不均匀的相变。针对工件的具体服役条件，采取一定的工艺措施，消除或降低对其使用性能不利的残余拉应力，有时还可以引入有益的残余压应力分布，这就是残余应力的调整问题。通常调整残余应力的方法有：自然时效，把构件置于室外，经气候、温度的反复变化，在反复温度应力作用下，使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力仅下降2％～10％，但工件的松弛刚度得到了较大地提高，因而工件的尺寸稳定性很好。但由于时效时间过长，一般不采用。热时效，是传统的时效方法，利用热处理中的退火技术，将工件加热到500～650℃进行较长时间的保温后再缓慢冷却至室温。在热作用下通过原子扩散及塑性变形使内应力消除。从理论上讲采用热时效，只要退火温度和时间适宜，应力可以完全消除。但在实际生产中通常可以消除残余应力的70～80％，但是它有工件材料表面氧化、硬度及机械性能下降等缺陷。振动时效，振动时效是使工件在激振器所施加的周期性外力作用下产生共振，松弛残余应力，获得尺寸精度稳定性。也就是在机械的作用下，使构件产生局部的塑性变形，从而使残余应力得到释放，以达到降低和调整残余应力的目的。其特点是处理时间短、适用范围广、能源消耗少、设备投资小，操作简便，因此振动时效在70年代从发达国家引进后在国内被大力推广。静态过载法，是以静力或静力矩的形式，暂时加载于构件上，并在这种载荷下保持一段时间，从而使零件尺寸精度获得稳定的时效方法。用于焊接件时需要将载荷加大到使原来应力与附加应力之和接近于材料的屈服极限，才能消除残余应力。静态过载法的精度稳定性效果，取决于附加应力的大小及应力下保持时间。静态过载法处理后构件中仍然保持着相当大的残余应力。热冲击时效法，1970年前后出现的一种新颖的稳定工件尺寸精度的时效工艺法。其实质就是将工件进行快速加热，使加热过程中造成的热应力正好与残余应力叠加，超过材料的屈服极限引起塑性变形，从而使原始残余应力很快松弛并稳定化。因此，现有技术亟待有很大的进步。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述的缺陷，提供一种残余应力盲孔检测方法，包括步骤：S1、在工件上钻一小通孔或不通孔，使被测点的应力得到释放；S2、由事先贴在孔周位的应变计测得释放的应变量；S3、根据弹性力学原理计算出残余应力。在被测点O处钻一半径为a的小孔以释放应力，σ1和σ2为被测点O点的残余主应力，在距被测点半径为r的P点处，σr和σt分别表示钻孔释放径向应力和切向应力，σr和σ1的夹角为ф，根据弹性力学原理可得P点的原有残余应力σ′r和σ′t与残余主应力σ1和σ2的关系如式(1)：钻孔后P点处的应力σ″r和σ″t分别为式(2)钻孔后，P点应力释放量为：将式(1)和(2)代入(3)得：在P点贴应变计，并在P点钻孔而测得释放应变σr，且有：将(4)式代入上述即得出P点处径向应变εr与残余主应力σ1和σ2之间的关系式：因应变片的长度为L＝r2-r1，所测应变εr应是L内的平均应变值，即:将(5)式代入上式积分可得：令则(6)式可简化为如果在与主应力成任意角的Ф1，Ф2，Ф3三个方向上贴应变片，由上式可得三个方程，即可求出σ1，σ2和Ф来；为了计算方便，三个应变片之间的夹角采用标准角度，如Ф，Ф+45°，Ф+90°，这样测得的三个应变分别为ε0，ε45和ε90即：如果三个应变片都准确的贴在同一圆周上，则有：A0＝A45＝A90＝AB0＝B45＝B90＝B对(8)式联立求解，得被测点O处残余应力σ1，σ2和Ф。在本专利技术所述的残余应力盲孔检测方法中，如果被测点的残余应力是单向应力状态，只要在应力方向上贴一应变片，钻孔后即可测出应变εo，把Ф＝0,σ2＝0代入(8)式得被测点O处残余应力σ1：在本专利技术所述的残余应力盲孔检测方法中，如果残余应力σ1和σ2的方向已知，则可沿两个主应力方向贴一应变片，Φ＝0和Φ＝90。则由(8)式可得：解以上两个方程，得被测点O处残余应力σ1，σ2：在本专利技术所述的残余应力盲孔检测方法中，在主应力方向未知的平面应力场中，使用三轴60°应变花来测量，则得被测点O处残余应力σ1，σ2和方向Ф：实施本专利技术的残余应力盲孔检测方法，具有以下有益效果：测量精度高、线性好、温漂小，可长时间可靠地工作，可广泛应用于工业现场、企业研发测试中心、大学教学实验的应变、应力、位移、压力等物理量综合测试。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术残余应力盲孔检测方法的被测点o附近的应力状态图。图2是本专利技术残余应力盲孔检测方法的优选钻具示意图。具体实施方式请参阅图1，为本专利技术残余应力盲孔检测方法的被测点o附近的应力状态图。如图1所示，在本专利技术第一实施例提供的残余应力盲孔检测方法中，在工件上钻一小通孔或不通孔，使被测点的应力得到释放，并由事先贴在孔周位的应变计测得释放的应变量，再根据弹性力学原理计算出残余应力来。钻孔的直径和深度都不大，不会影响被测构件的正常使用。并且这种方法具有较高的精度，因此它已成为应用比较广泛的方法。如图1表示被测点o附近的应力状态：σ1和σ2为о点的残余主应力。在距被测点半径为r的P点处，σr和σt分别表示钻孔释放径向应力和切向应力。并且σr和σ1的夹角为ф。根据弹性力学原理可得P点的原有残余应力σ′r和σ′t与残余主应力σ1和σ2的关系如式(1)。钻孔法测残余应力时，要在被测点о处钻一半径为a的小孔以释放应力。由弹性力学可知，钻孔后P点处的应力σ″r和σ″t分别为式(2)钻孔后，P点应力释放量为：将式(1)和(2)代入(3)得：上式中标明了P点的应力变化与测点O处的残余应力σ1和σ2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种残余应力盲孔检测方法，其特征在于，包括步骤：S1、在工件上钻一小通孔或不通孔，使被测点的应力得到释放；S2、由事先贴在孔周位的应变计测得释放的应变量；S3、根据弹性力学原理计算出残余应力。

【技术特征摘要】
1.一种残余应力盲孔检测方法，其特征在于，包括步骤：S1、在工件上钻一小通孔或不通孔，使被测点的应力得到释放；S2、由事先贴在孔周位的应变计测得释放的应变量；S3、根据弹性力学原理计算出残余应力。2.根据权利要求1所述的残余应力盲孔检测方法，其特征在于，在被测点O处钻一半径为a的小孔以释放应力，σ1和σ2为被测点O点的残余主应力，在距被测点半径为r的P点处，σr和σt分别表示钻孔释放径向应力和切向应力，σr和σ1的夹角为ф，根据弹性力学原理可得P点的原有残余应力σ′r和σ′t与残余主应力σ1和σ2的关系如式(1)：钻孔后P点处的应力σ″r和σ″t分别为式(2)钻孔后，P点应力释放量为：将式(1)和(2)代入(3)得：在P点贴应变计，并在P点钻孔而测得释放应变σr，且有：将(4)式代入上述即得出P点处径向应变εr与残余主应力σ1和σ2之间的关系式：因应变片的长度为L＝r2-r1，所测应变εr应是L内的平均应变值，即:将(5)式代入上式积分可得：令则(6)式可简化为如果在与主应力成任意角的Ф1，Ф2，Ф...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩立，
申请(专利权)人：芜湖市风蝉电竞文化传媒有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34