殘余應力分類與評估(編輯修改稿)
2025-05-04 21:44 本頁面
【文章內容簡介】 錘擊、噴丸、滾壓等。噴丸強化是行之有效、應用廣泛的強化零件的手段，噴丸的同時也改變了表面殘余應力狀態(tài)和分布，而噴丸產生的殘余壓應力又是強化機理中的重要因素。上述方法中外機械拉伸(壓縮)法可達90％左右，恒溫時效法10～35％，振動消除法20～70％，深冷處理法25％～83％。因此，現(xiàn)有工藝技術與方法尚無法從根本上消除合金結構件鍛件毛坯中的殘余應力。3 殘余應力的測定與評估實際生產中，準確把握構件的殘余應力的分布十分必要，一般可通過計算或直接實驗測定得到。欲了解構件殘余應力的分布，特別是一些比較復雜構件的殘余應力分布，采用計算方法有時將遇到種種困難，臀如有時因缺乏材料的一些機械性質與物理性質的有關信息而導致計算工作無法進行。因此，采用實驗測試方法是有實用意義的。殘余應力的測試方法很多，按其對于被測構件是否具有破壞性而言，可分為有損檢測（包括部分損壞檢測法和全部損壞檢測法）與無損檢測兩大類。有損檢測法主要有鉆孔法、取條法、切槽法、環(huán)芯法、剝層法、剖面法與裂紋法，目前應用最多的是鉆孔法和環(huán)芯法，該方法是部分或全部的去掉測點周圍的材料組織即去掉了對該點的約束，使應力全部或部分釋放。實際操作中是將欲測構件，利用機械加工的方法(如鉆孔等)，使其因釋放部分應力而產生相應的位移與應變，得知構件加工處原有的應力。因此，這種測試方法又稱為機械側試法或應力釋放法。 鉆孔法鉆孔法在我國又稱為小孔法或盲孔法經多人的研究與改進，現(xiàn)在已經發(fā)展成為一項比較成熟的通過鉆小孔測量構件殘余應力的方法和技術。其基本思想是在具有殘余應力的構件上鉆一小孔，使孔的領域內由于部分應力釋放而產生相應的位移和應變，測量這些位移或應變，經換算得到轉孔處的原有的應力。它在工程上得至廣泛應用，其最大特點是對試件損傷小，甚至不影響構件的正常使用。假定一塊各向同性的平板中存在某一殘余應力，若鉆一小孔，孔邊的徑向應力下降為零，孔區(qū)附近應力重新分布，該應力的變化稱為釋放應力。由應變計感受其應變，應變計離孔邊愈近，則感受的應變愈大，靈敏度也愈高。通常表面殘余應力是平面應力狀態(tài)，兩個主應力和主方向角共三個未知數(shù)，要求用三個應變敏感柵組成的應變花進行測量，每個敏感柵的中心布置在同一半徑上。盲孔法是目前工程上最常用的殘余應力測量方法，美同ASTM協(xié)會已將其納入標準。近年來各國研究者繼續(xù)對盲孔法作了大量的研究工作，從實際操作中的各種工藝岡素、誤差來源等方面進行了深入分析，使其日趨完善。由于盲孔法的計算公式是根據(jù)通孔的簡化力學模型推導出的，與實際情況存在偏差，對此，一般采用有限元數(shù)值分析的方法，分別對不同尺寸、形狀的盲孔周圍的應力分布情況進行計算，得出孔徑深比及孔緣孔底形狀對釋放應力的影響，避免Kirsch通孔解所帶來的誤差，同時又可省去大量人工實驗標定的繁瑣。由于在鉆孔過程中，鉆頭使孔壁經歷了彈性變形、塑性變形和切斷過程，因而在孔壁周圍由于局部塑性變形而產生附加應力場，使粘貼在該區(qū)域內的應變片感受到附加應變，其大小受孔徑、孔深、鉆進速度、鉆頭類型、鉆刃鋒利程度、應變片尺寸及其到盲孔中心的距離等因素的影響。 環(huán)芯法環(huán)芯法是部分損壞檢測法，也稱部分釋放法，在我國又稱為圓環(huán)法、切槽法。方法是用一種皇冠形銑刀加工出一個圓環(huán)形槽，中間為一個環(huán)芯。加工出的環(huán)芯應該是應力對它的作用最小，釋放出的應變最大。用特制的應變花來測量環(huán)芯部位釋放出的應變，通過相應的公式計算，即可得到該部位的殘余應力大小和方向。環(huán)芯法是在待測工件表面用皇冠形銑刀加工出一個環(huán)形槽，將其中的環(huán)芯部分從工件本體分離開來，殘留在環(huán)芯中的應力同時被釋放出來這種方法是利用材料的彈性變形即應力釋放效果測量內部應力。用改進后的特殊應變計來測量環(huán)芯表面產生的應變。由測得結果及計算公式可知面各個方向的應變是槽深Z的函數(shù)。 剝層法其工作原理為：當從含有殘余應力的平板上去除一層材料時，其內部殘余應力將不再平衡，當它重新平衡時將導致平板變曲，平板彎曲的曲率取決于被去除掉的那層材料的原來的殘余應力分布和遺留部分材料的彈性性能。通過逐層去除并測量其去除后的曲率，平板的原始殘余應力分布就可通過計算得到，常用于測定幾何形狀簡單的試件的殘余應力，測試過程快捷。剝層法僅適合于平板類樣品，可用于測
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