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技術(shù)文章
殘余應(yīng)力的檢測(cè)
點(diǎn)擊次數(shù)：2929 發(fā)布時(shí)間：2015-8-21
殘余應(yīng)力的測(cè)定方法大致可分為機(jī)械測(cè)量法和物理測(cè)量法兩類。
物理測(cè)量法包括X射線法、磁性法、和超聲波法等。它們分別利用晶體的X射線衍射現(xiàn)象.材料在應(yīng)力作用下的磁性變化和超聲效應(yīng)來(lái)求得殘余應(yīng)力的量值。它們是無(wú)損的測(cè)量方法。其中X射線法使用較多，比較成熟，被認(rèn)為是物理測(cè)量法中較為的一種測(cè)量方法。磁彈性法和超聲波法均是新方法，尚不成熟，但普遍地認(rèn)為是有發(fā)展前途的兩種測(cè)試方法。物理法的測(cè)試設(shè)備復(fù)雜.昂貴.精度不高。特別是應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)，都有一定的局限性和困難。
機(jī)械方法包括切割法、套環(huán)法和鉆孔法（下面主要介紹）等，它是把被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力給予釋放，并采用電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量技術(shù)測(cè)出釋放應(yīng)變而計(jì)算出原有殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的釋放方法是通過(guò)機(jī)械切割分離或鉆一盲孔等方法，因此它是一種破壞性或半破壞性的測(cè)量方法，但它具有簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。
從兩類方法的測(cè)試功能來(lái)說(shuō)，機(jī)械方法以測(cè)試宏觀殘余應(yīng)力為目的，而物理方法則測(cè)試宏觀應(yīng)力與微觀應(yīng)力的綜合值。因此兩種方法測(cè)試的結(jié)果一般來(lái)說(shuō)是有區(qū)別的。
一、分離法測(cè)量殘余應(yīng)力
切割法和套環(huán)法都是將被測(cè)點(diǎn)與其鄰近部分分開以釋放殘余應(yīng)力，因此統(tǒng)稱分離法。它是測(cè)量殘余應(yīng)力的一種zui簡(jiǎn)單的方法，多用于測(cè)量表面殘余應(yīng)力或沿厚度方向應(yīng)力變化較小的構(gòu)件上的殘余應(yīng)力。
（一）、切割法：在欲測(cè)部位劃線：劃出20mm×20mm的方格將測(cè)點(diǎn)圍在正中。在方格內(nèi)一定方向上貼應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變花，再將應(yīng)變計(jì)與應(yīng)變儀相連，通電調(diào)平。然后用銑床或手鋸慢速切割方格線，使被測(cè)點(diǎn)與周圍部分分離開。切割后，再測(cè)應(yīng)變計(jì)得到的釋放應(yīng)變。它與構(gòu)件原有應(yīng)變量值相同、符號(hào)相反，因此計(jì)算應(yīng)力時(shí)，應(yīng)將所得值乘以負(fù)號(hào)。
釋放后的殘余應(yīng)力計(jì)算方法如下：
1、如果已知構(gòu)件的殘余應(yīng)力為單向應(yīng)力狀態(tài)，只要在主應(yīng)力方向貼一個(gè)應(yīng)變片（如圖3.1）即可。分割后得釋放應(yīng)變ε，由虎克定律可知其殘余應(yīng)力為： σ=-Eε （1）
2、如果構(gòu)件上殘余應(yīng)力方向已知，則在測(cè)點(diǎn)處沿主應(yīng)力方向粘貼兩個(gè)應(yīng)變片1和2（如圖3.2所示）。分割構(gòu)件后測(cè)出ε1和 ε2，計(jì)算殘余主應(yīng)力為：
3、如圖被測(cè)點(diǎn)殘余主應(yīng)力方向未知，則需貼三向應(yīng)變花（如圖3.3所示）。連接應(yīng)變儀調(diào)平后，沿虛線切割開，觀察應(yīng)變儀，直到切割處溫度下降到常溫時(shí)，測(cè)出再按（3）公式計(jì)算出主應(yīng)力及其方向來(lái)。
（二）、套環(huán)法：在一些大型構(gòu)件上，切割法有時(shí)難于進(jìn)行，這時(shí)可采用套環(huán)法進(jìn)行分離。其原理及貼片方法與切割法相同，但分離的技術(shù)不同于切割法。先以被測(cè)點(diǎn)為圓心，劃半徑為15mm的圓，然后在圓內(nèi)貼片并調(diào)平應(yīng)變儀。再用小型鉆床（Φ3mm的鉆頭）或手電鉆在圓周線上連續(xù)鉆孔，孔深約10mm左右。相鄰孔間要鉆通，使被測(cè)點(diǎn)與周圍分割開來(lái)，如圖3.4所示。
套環(huán)法的應(yīng)變計(jì)布置和公式均與切割法相同。
（三）、切割法與套環(huán)法的對(duì)比試驗(yàn)：圖3.5是一厚度為14mm的雙焊道板梁。由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱兩焊道中間部分沿中心線上殘余應(yīng)力分布基本上是相同的，且方向是已知的。沿長(zhǎng)度方向做12等份做為殘余應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)。其中單號(hào)點(diǎn)采用套環(huán)法，雙號(hào)采用切割法進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試。表3.1給出測(cè)得的各點(diǎn)殘余應(yīng)力值。不難看出切割法與套環(huán)法測(cè)得的結(jié)果基本相同，數(shù)據(jù)具有較好的穩(wěn)定性，分散度較小。相對(duì)于其他方法來(lái)說(shuō)，切割法和套環(huán)法具有較好的穩(wěn)定性和較高的精度，適用于在允許局部破壞的構(gòu)件上測(cè)殘余應(yīng)力。
物理測(cè)量法包括X射線法、磁性法、和超聲波法等。它們分別利用晶體的X射線衍射現(xiàn)象.材料在應(yīng)力作用下的磁性變化和超聲效應(yīng)來(lái)求得殘余應(yīng)力的量值。它們是無(wú)損的測(cè)量方法。其中X射線法使用較多，比較成熟，被認(rèn)為是物理測(cè)量法中較為的一種測(cè)量方法。磁彈性法和超聲波法均是新方法，尚不成熟，但普遍地認(rèn)為是有發(fā)展前途的兩種測(cè)試方法。物理法的測(cè)試設(shè)備復(fù)雜.昂貴.精度不高。特別是應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)，都有一定的局限性和困難。
機(jī)械方法包括切割法、套環(huán)法和鉆孔法（下面主要介紹）等，它是把被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力給予釋放，并采用電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量技術(shù)測(cè)出釋放應(yīng)變而計(jì)算出原有殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的釋放方法是通過(guò)機(jī)械切割分離或鉆一盲孔等方法，因此它是一種破壞性或半破壞性的測(cè)量方法，但它具有簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。
從兩類方法的測(cè)試功能來(lái)說(shuō)，機(jī)械方法以測(cè)試宏觀殘余應(yīng)力為目的，而物理方法則測(cè)試宏觀應(yīng)力與微觀應(yīng)力的綜合值。因此兩種方法測(cè)試的結(jié)果一般來(lái)說(shuō)是有區(qū)別的。
一、分離法測(cè)量殘余應(yīng)力
切割法和套環(huán)法都是將被測(cè)點(diǎn)與其鄰近部分分開以釋放殘余應(yīng)力，因此統(tǒng)稱分離法。它是測(cè)量殘余應(yīng)力的一種zui簡(jiǎn)單的方法，多用于測(cè)量表面殘余應(yīng)力或沿厚度方向應(yīng)力變化較小的構(gòu)件上的殘余應(yīng)力。
（一）、切割法：在欲測(cè)部位劃線：劃出20mm×20mm的方格將測(cè)點(diǎn)圍在正中。在方格內(nèi)一定方向上貼應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變花，再將應(yīng)變計(jì)與應(yīng)變儀相連，通電調(diào)平。然后用銑床或手鋸慢速切割方格線，使被測(cè)點(diǎn)與周圍部分分離開。切割后，再測(cè)應(yīng)變計(jì)得到的釋放應(yīng)變。它與構(gòu)件原有應(yīng)變量值相同、符號(hào)相反，因此計(jì)算應(yīng)力時(shí)，應(yīng)將所得值乘以負(fù)號(hào)。
釋放后的殘余應(yīng)力計(jì)算方法如下：
1、如果已知構(gòu)件的殘余應(yīng)力為單向應(yīng)力狀態(tài)，只要在主應(yīng)力方向貼一個(gè)應(yīng)變片（如圖3.1）即可。分割后得釋放應(yīng)變ε，由虎克定律可知其殘余應(yīng)力為： σ=-Eε （1）
2、如果構(gòu)件上殘余應(yīng)力方向已知，則在測(cè)點(diǎn)處沿主應(yīng)力方向粘貼兩個(gè)應(yīng)變片1和2（如圖3.2所示）。分割構(gòu)件后測(cè)出ε1和 ε2，計(jì)算殘余主應(yīng)力為：
3、如圖被測(cè)點(diǎn)殘余主應(yīng)力方向未知，則需貼三向應(yīng)變花（如圖3.3所示）。連接應(yīng)變儀調(diào)平后，沿虛線切割開，觀察應(yīng)變儀，直到切割處溫度下降到常溫時(shí)，測(cè)出再按（3）公式計(jì)算出主應(yīng)力及其方向來(lái)。
（二）、套環(huán)法：在一些大型構(gòu)件上，切割法有時(shí)難于進(jìn)行，這時(shí)可采用套環(huán)法進(jìn)行分離。其原理及貼片方法與切割法相同，但分離的技術(shù)不同于切割法。先以被測(cè)點(diǎn)為圓心，劃半徑為15mm的圓，然后在圓內(nèi)貼片并調(diào)平應(yīng)變儀。再用小型鉆床（Φ3mm的鉆頭）或手電鉆在圓周線上連續(xù)鉆孔，孔深約10mm左右。相鄰孔間要鉆通，使被測(cè)點(diǎn)與周圍分割開來(lái)，如圖3.4所示。
套環(huán)法的應(yīng)變計(jì)布置和公式均與切割法相同。
（三）、切割法與套環(huán)法的對(duì)比試驗(yàn)：圖3.5是一厚度為14mm的雙焊道板梁。由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱兩焊道中間部分沿中心線上殘余應(yīng)力分布基本上是相同的，且方向是已知的。沿長(zhǎng)度方向做12等份做為殘余應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)。其中單號(hào)點(diǎn)采用套環(huán)法，雙號(hào)采用切割法進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試。表3.1給出測(cè)得的各點(diǎn)殘余應(yīng)力值。不難看出切割法與套環(huán)法測(cè)得的結(jié)果基本相同，數(shù)據(jù)具有較好的穩(wěn)定性，分散度較小。相對(duì)于其他方法來(lái)說(shuō)，切割法和套環(huán)法具有較好的穩(wěn)定性和較高的精度，適用于在允許局部破壞的構(gòu)件上測(cè)殘余應(yīng)力。