一种基于多次阶梯孔法三轴度测量接头残余应力的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多次阶梯孔法三轴度测量接头残余应力的方法，包括以下步骤：1)在平行于XOY坐标平面的待测工件表面铣削加工深孔，用阶梯孔法获得工件内部待测点的应力σ

【技术实现步骤摘要】
一种基于多次阶梯孔法三轴度测量接头残余应力的方法


[0001]本专利技术属于工程领域的残余应力测试方法，涉及到一种基于多次阶梯孔法三轴度测量接头残余应力的方法。

技术介绍

[0002]应力三轴度的定义为静水应力与Mises等效应力的比值，其中静水应力导致材料体积变化，Mises等效应力反映了材料形状改变。应力三轴度作为描述应力状态的参数，能够同时反映体积变化和形状改变，因此将应力三轴度和断裂应变结合起来分析材料断裂行为是现在断裂问题研究发展的新方向。
[0003]已有研究表明，在不同应力三轴度情况下，形成裂纹时的临界等效应变不同。因此应力三轴度是影响裂纹萌生的重要因素，抛开应力三轴度将难以很好地预测韧性材料裂纹的萌生。韧性材料的断裂与微孔洞聚合有关，在应变率相同的条件下应力三轴度改变对孔洞体积扩展的影响十分显著，应力三轴度越低则孔洞体积增大速率越大。因此应力三轴度也是影响裂纹扩展的重要因素，抛开应力三轴度将难以很好地预测韧性材料裂纹的扩展行为。
[0004]三轴应力度的影响很早就引起了研究者们的注意，但并没有得到十分满意的结果。拉伸试样颈缩现象会改变材料的单向拉伸应力状态，因此常被用于应力三轴度方面的研究。在以往研究中，研究者通过设计不同形状的拉伸试样、对各种材料的薄板、厚板或圆棒预制不同尺寸缺口，辅以不同加载条件，开展了不同应力状态下断裂机理的研究，通过对比不同的应力三轴度下的断裂行为，探讨了一些复杂应力状态下的材料失效机理。
[0005]焊接接头在工程应用中的突然断裂导致很多重大事故的发生，所以接头断裂问题的研究对结构安全使用，寿命预测有重大理论意义。对于厚度20mm以下金属焊接接头，通常认为其焊接残余应力是二轴应力；而厚度20mm以上的焊接接头内部存在明显的沿厚度方向的焊接残余应力，因此其处于三轴应力状态。但是现有方法用于大厚度焊接结构焊接残余应力三轴度研究时还存在很多问题：(1)由于试件缺口处的应力情况复杂，导致应力场及应力三轴度解析解难以很好地与实验观察到的现象相吻合，无法合理解释实验现象；(2)对于厚板焊接接头残余应力三轴度问题，无法采用小试样研究，因为一旦将材料切开后将导致内部应力释放和内部应力场显著变化。
[0006]张林杰等人(ZL 201610875182.6)提出了一种基于阶梯孔法的内部残余应力测量方法，能够有效减轻对工件的破坏程度，可测深度大，测量精度高等优点。基于该专利技术公开的基于阶梯孔法的内部残余应力测量方法，本专利技术提出了一种基于多次阶梯孔法三轴度测量接头残余应力的方法，以解决大厚度焊接接头内部残余应力三轴度在实践中难以实验检测的难题，对于大厚度焊接结构安全使用和寿命预测具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对实践中大厚度焊接接头内部残余应力三轴度在难以实验检测的难题，
提供一种基于多次阶梯孔法三轴度测量接头残余应力的方法，该方法能在只对工件有限破坏的前提下，实现对工件大深度处内部残余应力三轴度的检测，且测量精度高，便捷高效。
[0008]为达到上述目的，本专利技术所述的一种基于多次阶梯孔法三轴度测量接头残余应力的方法包括以下步骤：
[0009]1)在平行于XOY坐标平面的待测工件表面铣削加工深孔，用阶梯孔法获得工件内部待测点的应力σ
x～IJKL
和σ
y～IJKL
；
[0010]2)在平行于YOZ坐标平面的待测工件表面铣削加工深孔，用阶梯孔法获得工件内部待测点的应力σ
y～ABCD
和σ
z～ABCD
；
[0011]3)在平行于XOZ坐标平面的待测工件表面铣削加工深孔，用阶梯孔法获得工件内部待测点的应力σ
x～EFGH
和σ
z～EFGH
；
[0012]4)根据前述阶梯孔法的应力检测结果分别计算待测工件内部待测点处沿X轴、Y轴和Z轴的主应力σ
x
、σ
y
和σ
z
；
[0013]5)根据前面得到的工件内部待测点处沿X轴、Y轴和Z轴的主应力值计算得到反映体积变化的静水压力σ
m
和反映形状变化的Mises等效应力σ
e
；
[0014]6)计算静水压力与Mises等效应力的比值，即可得到应力三轴度R
σ
。
[0015]对待测工件的破坏创面为一圆孔，孔的直径为12～20mm，可以测量残余应力三轴度的区域是除靠近工件各表面20mm以内区域之外的其它内部区域，具体可测位置为可测区域内任意一点；
[0016]可以测量残余应力三轴度的最小微区尺寸取决于所用麻花钻直径；
[0017]工件内部待测点处沿X轴、Y轴和Z轴的主应力σ
x
、σ
y
和σ
z
是根据对工件不同表面铣削加工深孔所测主应力的平均值；
[0018]反映材料体积变化的静水压力σ
m
和等于内部待测点处沿X轴、Y轴和Z轴的主应力σ
x
、σ
y
和σ
z
的平均值；
[0019]应力三轴度R
σ
等于反映材料体积变化的静水压力σ
m
和反映材料形状变化的Mises等效应力σ
e
的比值。
[0020]由于采用如上所述的技术方案，本专利技术具有如下有益效果：
[0021]本专利技术所述的三轴度测量残余应力方法，铣削大孔的直径只有12～20mm，对工件的破坏性小，对工件内部待测点的残余应力状态影响较小，残余应力三轴度检测精度高；工件内部待测点处沿X轴、Y轴和Z轴的主应力σ
x
、σ
y
和σ
z
是根据对工件不同表面铣削加工深孔所测主应力的平均值、可靠性高；在铣刀和钻杆等可及的前提下，该方法可测量内部残余应力三轴度的深度可以尽可能大；在麻花钻可以顺利钻孔加工的前提下，该方法所测量内部残余应力三轴度的微区尺寸可以尽可能小；相比于传统应变片，所用数字化图像技术处理软件的测量精度更高，且可一次性获取测点在360度方向上的应变，更加便捷高效。
[0022]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。
附图说明
[0023]图1为本专利技术所述方法的操作流程和测量原理示意图；
具体实施方式
[0024]参考图1，本专利技术所述的一种基于多次阶梯孔法三轴度测量接头残余应力的方法包括以下步骤：
[0025]1.根据工件内部待测点的位置(即图1中水平截面IJKL、横截面ABCD和纵截面EFGH这三个平面的交汇点)，在工件上表面沿Z轴向工件内部钻孔，采用“基于阶梯孔法的内部残余应力测量方法(ZL 201610875182.6)”测量待测点在水平截面IJKL内的沿X轴方向应力值σ
x～IJKL
和沿Y轴方向应力值σ
y～IJKL
[0026]2.根据工件内部待本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多次阶梯孔法三轴度测量接头残余应力的方法，其特征在于包括以下骤：1
‑
1在平行于XOY坐标平面的待测工件表面铣削加工深孔，用阶梯孔法获得工件内部待测点的应力σ
x～IJKL
和σ
y～IJKL
；1
‑
2在平行于YOZ坐标平面的待测工件表面铣削加工深孔，用阶梯孔法获得工件内部待测点的应力σ
y～ABCD
和σ
z～ABCD
；1
‑
3在平行于XOZ坐标平面的待测工件表面铣削加工深孔，用阶梯孔法获得工件内部待测点的应力σ
x～EFGH
和σ
z～EFGH
；1
‑
4根据前述阶梯孔法的应力检测结果分别计算待测工件内部待测点处沿X轴、Y轴和Z轴方向主应力平均值σ
x
、σ
y
和σ
z
；；；1
‑
5根据前面得到的工件内部待测点处沿X轴、Y轴和Z轴的主应力值计算得到反映材料体积变化的静水压力σ
m
和反映材料形状变化的Mises等效应力σ
e
；；1
‑
6计算静水压力与Mises等效应力的比值，即可得到应力三轴度R
σ
。2.根据权利要求1所述的一种基于多次阶梯孔法三轴度测量接头残余应力的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄明祥，李明祥，刘永强，贺韡，王维贤，
申请(专利权)人：中航西安飞机工业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：