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知识分享 | 测量残余应力的方法

2023-12-20 16:04:57·  来源：HBM测试与测量  
　

什么是残余应力？

残余应力是指消除外力或不均匀的温度场等作用后，仍留在物体内的自相平衡的内应力。残余应力存在于所有的机械结构中，机械加工和强化工艺、不均匀塑性变形或相变等都可能引起残余应力。


比如加工工艺：

塑性变形或焊接

铸造部件的非均匀冷却

锻造过程


比如表面处理：

喷涂

表面硬化


残余应力与一般的机械应力一样，对结构的强度起着同样的作用。但和外部载荷引起的应力不同，其很难用计算方式来进行预测。因此，需要一个可靠的方法进行准确测量，并且需要最大程度地减小对测量表面的损伤。测量残余应力的方法基于应变片常用的两种的残余应力测定方法是：环芯法和钻孔法。两种方法的共同特点是，在工件上安装应变花后，通过钻取或取芯的机械过程，残余应力状态将发生变化。在这一过程中，残余应力得到释放，通过应变花测得过程前后应变的变化情况，可以计算出残余应力。环芯法，即在应变花周围提取环形槽。用机械法开一个环形槽，局部分割、释放残余应力，在测试位置粘贴电阻应变片，测量转子锻件在轴向和周向释放的应变值，根据力学原理推算工件的残余应力。


图片


钻孔法，即以350000转左右的转速，采用步进电机驱动的铣刀进行钻孔。在这个过程中，应变片即可检测到整个过程工件的应变变化。然后基于弹性理论公式计算出残余应力的大小。


图片



HBK可提供使用钻孔法进行残余应力分析以下是根据国际标准ASTM E837-13a测量钢材中残余应力的程序示例：

利用特制的高速钻头，在钻孔应变花的三个栅丝旁边的部件上钻一个直径为1.8毫米、深度为1毫米的小孔。

整个过程将以0.05 mm的深度增量全自动进行，并对每个已释放的应变进行测量。

随后根据上述方式测得的应变值，利用分析软件计算主应力及相关角度（莫尔圆），然后再以表格和图形方式展示各个数据。


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