一种基于盲孔法标定光纤测量材料残余应力的方法技术

本发明专利技术提出一种基于盲孔法标定光纤测量材料残余应力的方法。属于光纤测量技术领域。本发明专利技术的方法基于盲孔法测试原理，通过预先在周围布置的应变传感器来计算该位置附近的残余应力大小。再将待测材料放入测量材料表面形貌的橡胶底座中，得到材料表面的应变分布情况，结合盲孔法测试数据，得到残余应力与光纤测量材料表面形貌装置信号的对应关系。用以辅助基于光纤测量材料表面形貌装置测试残余应力进行残余应力定量测试及分析。

【技术实现步骤摘要】
一种基于盲孔法标定光纤测量材料残余应力的方法
本专利技术属于光纤测量
，具体涉及的是基于盲孔法标定光纤测量材料残余应力的方法。
技术介绍
残余应力的测试方法分为机械释放法和无损测试法两大类。机械释放法常用的方法有剥层法、取条法、钻孔法等。机械释放法主要原理是结构件破坏性的应力释放，应力释放部分产生相应的位移与应变，利用工具测量出这些位移和应变，然后通过换算得到构件原有的应力。无损检测法是利用材料物理性质的变化或晶体结构参数的变化测量残余应力。常用方法有X射线衍射法，超声测试法等。钻孔法是少数被纳入ASTM测试标准的残余应力测量方法，根据孔是否穿透构件，小孔法又分为了通孔法和盲孔法。其中盲孔法测试方式精度较高，且对构件造成的损伤较小，为现在残余应力测试的主要测量手段。专利CN201810379267.4通过设计一种基于光纤测量材料表面形貌装置，研究高精度的材料残余应力无损测试方法，具有结构简单，精度高等特点。本专利技术基于光纤测量材料表面形貌装置及其监测方法，提出一种基于盲孔法标定光纤测量材料残余应力的方法。用基于光纤测量材料表面形貌装置测试残余应力的方式属于被动测量，需要待测材料由于残余应力的存在产生一定形变，待测材料与传感膜接触后通过光纤传感阵列的信号的变化反演待测材料的残余应力。其次，待测材料中残余应力的自然释放过程较长且不可控。
技术实现思路
为了解决现有技术中，光纤测量材料残余应力时测到的是材料由于内应力导致的形貌变化信号，无法与材料的残余应力直接对应的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于盲孔法标定光纤测量材料残余应力的方法，可以对光纤的应变信号与材料的残余应力进行标定，建立光纤测量信号与材料残余应力的对应关系，用于接触式光纤传感阵列底座测量材料残余应力的定量测试。为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：一种基于盲孔法标定光纤测量材料残余应力的方法，包括以下步骤：步骤1：构建材料残余应力测量系统：材料残余应力测量系统包括标准具、应变传感器、橡胶底座、光纤传感器阵列、解调及数据处理系统，所述橡胶底座是一个方体橡胶实心结构，其上表面中间部分开设有一个与标准具相对应的凹槽，光纤传感器阵列布设在距凹槽表面一定深度处，光纤传感器阵列的光纤尾纤与解调及数据处理系统连接；步骤2.将标准具放入橡胶底座的凹槽中相互挤压接触，监测橡胶底座内光纤传感器阵列的测量值；步骤3.从橡胶底座中取出标准具，在标准具上选取钻孔位置，并在钻孔位置的一定距离上固定三个不同方向的应变传感器；步骤4.钻孔，分别记录钻孔前和钻孔后的应变值，将孔周围的应变传感器与标准具分离并清洁标准具表面；步骤5.计算标准具的孔位置的残余应力；步骤6.将开孔后的标准具放入橡胶底座中相互挤压接触，监测橡胶底座内光纤传感器阵列的测量值，并记录标准具钻孔前后放入橡胶底座中光纤传感器阵列的测量值信号变化测量值；步骤7.建立光纤传感器阵列的信号变化测量值与标准具钻孔位置测得的残余应力值的对应关系；步骤8.在标准具上选取不同位置钻孔测试并重复上述步骤1-步骤7，建立多次标定测试下光纤传感器阵列的信号变化与标准具钻孔测得残余应力值的对应关系库，即可将标准具替换为待测材料，通过光纤传感器阵列测量及建立的光纤传感器阵列的信号变化与标准具钻孔测得残余应力值的对应关系库得到待测材料的残余应力。进一步的，步骤1中，所述光纤传感器阵列由多个光纤传感器串联而成。进一步的，步骤3中，所述钻孔位置的选取规则为，钻孔位置与标准具边缘的距离大于孔直径的四倍，钻孔位置与已有孔心的距离大于孔直径的五倍，每次钻孔的大小和深度一致。进一步的，步骤3中，所述应变传感器通过胶黏剂粘接固定。进一步的，所述胶粘剂为速干胶或环氧树脂胶。进一步的，步骤3中，所述应变传感器为光纤光栅传感器或电阻应变传感器。进一步的，所述步骤5中，计算标准具的孔的残余应力的具体方法为，通过监测钻孔前后孔周围的应变传感器的应变变化值，将应变传感器的应变变化值带入盲孔法公式中得到标准具上孔附近的残余应力。进一步的，所述步骤7中，建立光纤传感器阵列的信号变化测量值与标准具的孔位置测得的残余应力值的对应关系的方法为，将步骤5得到与孔位置最近的光纤传感器测点的信号变化量提出，并将此信号变化量与标准具上钻孔测得的残余应力对应并存入库中。进一步的，所述标准具为一个半球状实心结构，力学性能与待测材料的相似，形状及尺寸与未受残余应力影响产生变形的待测材料相同。本专利技术与现有技术相比具有的有益效果是：本专利技术提出一种基于盲孔法标定光纤测量材料残余应力的方法，用以辅助基于光纤测量材料表面形貌装置测试残余应力进行残余应力定量测试及分析，完善了接触式压力传感器测试残余应力的标定方法；采用小孔释放的方式来加速残余应力的释放，在未变形的标准具上钻孔，通过预先在周围布置的应变传感器来得到该位置附近的残余应力大小。再将标准具放入橡胶传感膜中得到光纤传感阵列的信号情况，结合未开孔之前的数据进行对比，建立开孔前后光纤传感阵列的信号变化与标准具开孔测得残余应力的对应关系。解决了由于待测材料残余应力的自然释放过程较长且不可控对测试的影响。附图说明图1为本专利技术盲孔法测量材料残余应力装置仰视图；图2为本专利技术盲孔法测量材料残余应力标准具正视图；图3为本专利技术盲孔法测量材料残余应力标准具左视图；图4为本专利技术盲孔法测量材料残余应力标准具俯视图；图5为本专利技术盲孔法测量材料残余应力应变传感器布置示意图；图6为本专利技术接触式光纤传感阵列测量材料残余应力装置示意图；图7为本专利技术接触式光纤传感阵列测量材料残余应力装置正视图；图8为本专利技术接触式光纤传感阵列测量材料残余应力装置俯视图；图9为本专利技术的标定流程图。图中标记：1-标准具，2-应变传感器，3-孔，4-橡胶底座，5-光纤传感器阵列，6-解调及数据处理系统。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本专利技术的保护范围。实施例1如图9所示，一种基于盲孔3法标定光纤测量材料残余应力的方法，具体的实现步骤为：步骤1.材料残余应力测量系统包括标准具1、应变传感器2、橡胶底座4、光纤传感器阵列5、解调及数据处理系统6，所述标准具1为一个半球状实心结构，力学性能与待测材料的相似，形状及尺寸与未受残余应力影响产生变形的待测材料相同，所述橡胶底座4是一个方体橡胶实心结构，上表面中间部分有一个与标准具1相对应的凹槽，距凹槽表面一定深度处布设有光纤传感器阵列5，光纤传感器阵列5的光纤尾纤与解调及数据处理系统6连接；如图1-8所示，步骤2.将标准具1放入橡胶底座4的凹槽中相互挤压接触，监测橡胶底座4内光纤传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于盲孔法标定光纤测量材料残余应力的方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1：构建材料残余应力测量系统：材料残余应力测量系统包括标准具、应变传感器、橡胶底座、光纤传感器阵列、解调及数据处理系统，所述橡胶底座是一个方体橡胶实心结构，其上表面中间部分开设有一个与标准具相对应的凹槽，光纤传感器阵列布设在距凹槽表面一定深度处，光纤传感器阵列的光纤尾纤与解调及数据处理系统连接；/n步骤2.将标准具放入橡胶底座的凹槽中相互挤压接触，监测橡胶底座内光纤传感器阵列的测量值；/n步骤3.从橡胶底座中取出标准具，在标准具上选取钻孔位置，并在钻孔位置的一定距离上固定三个不同方向的应变传感器；/n步骤4.钻孔，分别记录钻孔前和钻孔后的应变值，将孔周围的应变传感器与标准具分离并清洁标准具表面；/n步骤5.计算标准具的孔位置的残余应力；/n步骤6.将开孔后的标准具放入橡胶底座中相互挤压接触，监测橡胶底座内光纤传感器阵列的测量值，并记录标准具钻孔前后放入橡胶底座中光纤传感器阵列的测量值信号变化测量值；/n步骤7.建立光纤传感器阵列的信号变化测量值与标准具钻孔位置测得的残余应力值的对应关系；/n步骤8.在标准具上选取不同位置钻孔测试并重复上述步骤1-步骤7，建立多次标定测试下光纤传感器阵列的信号变化与标准具钻孔测得残余应力值的对应关系库，即可将标准具替换为待测材料，通过光纤传感器阵列测量及建立的光纤传感器阵列的信号变化与标准具钻孔测得残余应力值的对应关系库得到待测材料的残余应力。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于盲孔法标定光纤测量材料残余应力的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：构建材料残余应力测量系统：材料残余应力测量系统包括标准具、应变传感器、橡胶底座、光纤传感器阵列、解调及数据处理系统，所述橡胶底座是一个方体橡胶实心结构，其上表面中间部分开设有一个与标准具相对应的凹槽，光纤传感器阵列布设在距凹槽表面一定深度处，光纤传感器阵列的光纤尾纤与解调及数据处理系统连接；
步骤2.将标准具放入橡胶底座的凹槽中相互挤压接触，监测橡胶底座内光纤传感器阵列的测量值；
步骤3.从橡胶底座中取出标准具，在标准具上选取钻孔位置，并在钻孔位置的一定距离上固定三个不同方向的应变传感器；
步骤4.钻孔，分别记录钻孔前和钻孔后的应变值，将孔周围的应变传感器与标准具分离并清洁标准具表面；
步骤5.计算标准具的孔位置的残余应力；
步骤6.将开孔后的标准具放入橡胶底座中相互挤压接触，监测橡胶底座内光纤传感器阵列的测量值，并记录标准具钻孔前后放入橡胶底座中光纤传感器阵列的测量值信号变化测量值；
步骤7.建立光纤传感器阵列的信号变化测量值与标准具钻孔位置测得的残余应力值的对应关系；
步骤8.在标准具上选取不同位置钻孔测试并重复上述步骤1-步骤7，建立多次标定测试下光纤传感器阵列的信号变化与标准具钻孔测得残余应力值的对应关系库，即可将标准具替换为待测材料，通过光纤传感器阵列测量及建立的光纤传感器阵列的信号变化与标准具钻孔测得残余应力值的对应关系库得到待测材料的残余应力。


2.根据权利要求1所述的一种基于盲孔法标定光纤测量材料残余应力的方法，其特征在于：步骤1中，所述光纤传感器阵列由多个光纤传感器串联而成。


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【专利技术属性】
技术研发人员：徐尧，张建中，张伟斌，田野，陶杰，何荣芳，宗和厚，仇成军，李丽，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：四川;51