一种测量复合材料件的残余应力的增量切割方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种测量复合材料件残余应力的增量切割方法及装置。该增量切割方法包括：沿复合材料件的对称轴划分出多个待测区域，布置多条切割线；对待测区域进行表面预处理，随后布置多个应变片；利用夹具夹持复合材料件，进行增量切割，旋转复合材料件获得第一应变值(ε

【技术实现步骤摘要】
一种测量复合材料件的残余应力的增量切割方法及设备


[0001]本专利技术涉及测量工件的残余应力的
，尤其涉及一种测量复 合材料件的残余应力的增量切割方法及设备。

技术介绍

[0002]复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优 化组合而成的新材料。复合材料不仅能保持各组分材料性能的优点，而 且通过各组分性能的互补和关联可以获得单一组成材料所不能达到的综 合性能。此外复合材料具有结构可设计性，可进行复合结构设计。因为 其优越的性能以及可设计性，复合材料在航空航天、汽车工业、化工、 纺织、机械制造和医疗器械等领域得到了广泛的应用。
[0003]但是制造复合材料件的过程中会产生明显的残余应力，残余应力的 产生会使复合材料件发生不期望的翘曲变形，对后续复合材料件的应用 产生不利影响。因此，对复合材料件的残余应力的测量尤为关键。
[0004]测量复合材料件残余应力的常用方法有增量切割法，但是现有的增 量切割法，方法简单，测量结果易受重力因素的影响从而产生较大的测 量误差，测量准确性严重依赖操作人员的经验。因此十分有必要改善现 有方法，科学地进行复合材料件残余应力的测量，减小重力对于增量切 割法测量复合材料件残余应力的结果的影响。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中重力因素导 致的测量结果误差大、测量方法过于简单、测量准确性不高的问题，从 而提出了一种改进的用于测量复合材料件的残余应力的增量切割方法以 及使用该方法进行复合材料件的残余应力测量的设备。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种用于测量复合材料件的残余应力的增量 切割方法，所述复合材料件具有对称构形，该增量切割方法包括以下步 骤：
[0008]步骤一、沿复合材料件的对称轴在复合材料件上划分出多个待测区 域，在全部或部分待测区域内布置多条切割线；
[0009]步骤二、预处理复合材料件的待测区域以保证表面光滑无杂质，随 后沿切割线对称布置多个应变片；
[0010]步骤三、利用夹具将复合材料件竖直布置，在复合材料件布置有多 个应变片的面的背面，沿复合材料件的厚度方向对复合材料件进行增量 切割，在针对每一条切割线的每一深度切割完成后，旋转复合材料件以 使其切槽朝上，从而获得第一应变值(ε
a
)，随后再次旋转复合材料件 以使其切槽朝下，从而获得第二应变值(ε
b
)，加和针对多条切割线的 每一条切割线的第一应变值和第二应变值，获得修正后的应变值；
[0011]步骤四、建立尺寸和边界条件与复合材料件相同的有限元模型，将 多阶勒让德多
项式函数作为深度方向的预应力施加到有限元模型中，通 过有限元方法计算获得模拟应变值；
[0012]步骤五、根据修正后的应变值与模拟应变值获得各阶勒让德多项式 的拟合系数，通过多阶勒让德多项式拟合随切割深度变化的残余应力 σ(x)；
[0013]步骤六、针对不同的待测区域中的所有切割线重复步骤三
‑
五，最终 获得整个复合材料件的残余应力分布。
[0014]使用根据本申请的改进的用于测量复合材料件残余应力的增量切割 方法能够有效减小重力因素对复合材料件残余应力测量的影响，从而大 大减小测量结果误差。另外，通过合理的划分待测区域，能够快速获得 复合材料件全局的残余应力，从而降低了测量成本，并且提高了测量效 率。进而，通过在同一切割线上布置多个应变片，可以通过单次切割准 确快速地获得多处应变值，由此提高测量效率。使用有限元方法以及借 助勒让德多项式计算与拟合残余应力的应用，还大大提高增量切割方法 的科学性和准确性。
[0015]根据本专利技术的一种实施方式，在需要针对复合材料件的纵向正应力 分布进行测量时，将复合材料件划分为上半部分和下半部分，随后在上 半部分或下半部分对称地布置多条水平切割线。这样，可以根据复合材 料件所具有的结构对称性，通过参考测量得到的上或者下半部分的残余 应力分布情况，精确测量复合材料件的纵向正应力，由此通过合理的划 分待测区域，减小了切割测量对于复合材料件原始残余应力的影响，并 且简化了测量工艺，提高了测量效率。
[0016]根据本专利技术的另一种实施方式，在需要针对复合材料件的横向正应 力分布进行测量时，将所述复合材料件划分为左半部分和右半部分，在 所述左半部分或右半部分对称布置多条竖直切割线由此可以同样利用复 合材料件的结构对称性，参考测量得到的左或者右半部分的残余应力分 布情况而最终获得复合材料件全局的残余应力分布情况。
[0017]优选地，根据复合材料件的对称性，其内部残余应力将沿轴对称分 布，由此可通过计算部分待测区域的残余应力分布情况，获得所述复合 材料件的整体残余应力分布情况。因此，可以根据复合材料件本身的形 状特性，通过制定合理的待测区域划分策略来简化测量步骤工艺，提高 测量效率。
[0018]根据本专利技术的另外一种实施方式，需要预处理复合材料件的待测区 域，该步骤包括：沿切割线打磨复合材料件至表面光滑，并清洗打磨后 的复合材料件表面，以清除表面杂质。通过预处理工序，可以使复合材 料件的待测区域的表面，也即将与多个应变片贴合的表面光滑无杂质， 从而保证多个应变片能够与复合材料件的表面贴合良好，以避免贴合表 面的杂质对于测量结果的影响。
[0019]根据本专利技术的另外一种实施方式，多个应变片中的每一个的侧面要 与切刀所在的平面保持垂直，并且在切割过程中使所述应变片的横向中 心线与所述切刀所在平面重合。这样，可以确保切刀的进刀位置紧邻应 变片，从而保证应变片能够准确测量复合材料件产生的形变。
[0020]根据本专利技术的另外一种实施方式，用于夹持待测量的复合材料件的 夹具包括：支架，所述支架具有两个立柱；和两个能够可拆卸地安装在 支架的两个立柱上的可旋转夹持机构，该可旋转夹持机构被构造成能够 可靠地夹持复合材料件。通过合理的设计夹具的结构，不仅实现了在增 量切割过程中对复合材料件的稳固夹持与固定，而且可以实现复合材
料 件的旋转，从而消除了重力因素对复合材料板件残余应力测量结果的影 响，减小了测量误差。
[0021]根据本专利技术的另一种实施方式，可旋转夹持机构具有用于夹持复合 材料件的夹爪，而且该夹爪被构造成能够打开和闭合。这样，通过打开 或闭合夹爪就能够夹持不同尺寸、形状和型号的复合材料件，从而适应 不同的加工和测量要求。
[0022]根据本专利技术的另外一种实施方式，可旋转夹持机构为可旋转台式虎 钳，旋转所述台式虎钳的旋转轴实现所述复合材料件的旋转。
[0023]根据本专利技术的另外的一种实施方式，立柱的底部设置有T型槽，所 述立柱可以通过所述T型槽与机床螺纹连接，由此使得夹具能够固定于 机床，从而实现在测量过程中所述夹具与所述复合材料件的稳定固定。
[0024]根据本专利技术的另外一种实施方式，支架为铝型材支架，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量复合材料件的残余应力的增量切割方法，所述复合材料件具有对称构形，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、沿复合材料件的对称轴在复合材料件上划分出多个待测区域，在全部或部分所述待测区域内布置多条切割线；步骤二、预处理所述复合材料件的待测区域以保证表面光滑无杂质，随后沿所述切割线对称布置多个应变片；步骤三、利用夹具将所述复合材料件竖直布置，在所述复合材料件布置有所述多个应变片的面的背面，沿所述复合材料件的厚度方向对所述复合材料件进行增量切割，在针对每一条切割线的每一深度切割完成后，旋转所述复合材料件以使其切槽朝上，从而获得第一应变值(ε
a
)，随后再次旋转所述复合材料件以使其切槽朝下，从而获得第二应变值(ε
b
)，加和针对多条切割线的每一条切割线的所述第一应变值和所述第二应变值，获得修正后的应变值；步骤四、建立尺寸和边界条件与所述复合材料件相同的有限元模型，将多阶勒让德多项式函数作为深度方向的预应力施加到所述有限元模型中，通过有限元方法计算获得模拟应变值；步骤五、根据所述修正后的应变值与所述模拟应变值获得各阶勒让德多项式的拟合系数，通过多阶勒让德多项式拟合随切割深度变化的残余应力；步骤六、针对不同的待测区域中的所有切割线重复步骤三
‑
五，最终获得整个所述复合材料件的残余应力分布。2.如权利要求1所述的增量切割方法，其特征在于，针对所述复合材料件的纵向正应力分布测量，将所述复合材料件划分为上半部分和下半部分，在所述上半部分或下半部分对称布置多条水平切割线。3.如权利要求2所述的增量切割方法，其特征在于，针对所述复合材料件的横向正应力分布测量，将所述复合材料件划分为左半部分和右半部分，在所述左半部分或右半部分对称布置多条竖直切割线。4.如权利要求1所述的增量切割方法，其特征在于，根据所述复合材料件的对称性，其内部残余应力沿轴对称分布，可计算部分待测区域的残余应力分布情况，获得所述复合材料件的整体残余应力分布情况。5.如权利要求1所述的增量切割方法，其特征在于，所述预处理所述复合材料件的待测区域包括：沿所述切割线打磨所述复合材料件至表面光滑，清洗打磨后的所述复合材料件表面，清除表面杂质。6.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛恩德，汪玮，冯庆珠，杜伟，肖睿恒，王耀，李汝鹏，
申请(专利权)人：上海飞机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：