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技術(shù)文章
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殘余應(yīng)力的檢測
點擊次數(shù):2925 更新時間:2015-08-21
殘余應(yīng)力的測定方法大致可分為機械測量法和物理測量法兩類。
物理測量法包括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)來求得殘余應(yīng)力的量值。它們是無損的測量方法。其中X射線法使用較多,比較成熟,被認為是物理測量法中較為的一種測量方法。磁彈性法和超聲波法均是新方法,尚不成熟,但普遍地認為是有發(fā)展前途的兩種測試方法。物理法的測試設(shè)備復(fù)雜.昂貴.精度不高。特別是應(yīng)用于現(xiàn)場實測時,都有一定的局限性和困難。
機械方法包括切割法、套環(huán)法和鉆孔法(下面主要介紹)等,它是把被測點的應(yīng)力給予釋放,并采用電阻應(yīng)變計測量技術(shù)測出釋放應(yīng)變而計算出原有殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的釋放方法是通過機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量方法,但它具有簡單、準(zhǔn)確等特點。
從兩類方法的測試功能來說,機械方法以測試宏觀殘余應(yīng)力為目的,而物理方法則測試宏觀應(yīng)力與微觀應(yīng)力的綜合值。因此兩種方法測試的結(jié)果一般來說是有區(qū)別的。
一、分離法測量殘余應(yīng)力
切割法和套環(huán)法都是將被測點與其鄰近部分分開以釋放殘余應(yīng)力,因此統(tǒng)稱分離法。它是測量殘余應(yīng)力的一種zui簡單的方法,多用于測量表面殘余應(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:在欲測部位劃線:劃出20mm×20mm的方格將測點圍在正中。在方格內(nèi)一定方向上貼應(yīng)變計和應(yīng)變花,再將應(yīng)變計與應(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,使被測點與周圍部分分離開。切割后,再測應(yīng)變計得到的釋放應(yīng)變。它與構(gòu)件原有應(yīng)變量值相同、符號相反,因此計算應(yīng)力時,應(yīng)將所得值乘以負號。
釋放后的殘余應(yīng)力計算方法如下:
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,則在測點處沿主應(yīng)力方向粘貼兩個應(yīng)變片1和2(如圖3.2所示)。分割構(gòu)件后測出ε1和 ε2,計算殘余主應(yīng)力為:
3、如圖被測點殘余主應(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,測出再按(3)公式計算出主應(yīng)力及其方向來。
(二)、套環(huán)法:在一些大型構(gòu)件上,切割法有時難于進行,這時可采用套環(huán)法進行分離。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。先以被測點為圓心,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,使被測點與周圍分割開來,如圖3.4所示。
套環(huán)法的應(yīng)變計布置和公式均與切割法相同。
(三)、切割法與套環(huán)法的對比試驗:圖3.5是一厚度為14mm的雙焊道板梁。由于結(jié)構(gòu)對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。沿長度方向做12等份做為殘余應(yīng)力測試點。其中單號點采用套環(huán)法,雙號采用切割法進行殘余應(yīng)力測試。表3.1給出測得的各點殘余應(yīng)力值。不難看出切割法與套環(huán)法測得的結(jié)果基本相同,數(shù)據(jù)具有較好的穩(wěn)定性,分散度較小。相對于其他方法來說,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)件上測殘余應(yīng)力。
物理測量法包括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)來求得殘余應(yīng)力的量值。它們是無損的測量方法。其中X射線法使用較多,比較成熟,被認為是物理測量法中較為的一種測量方法。磁彈性法和超聲波法均是新方法,尚不成熟,但普遍地認為是有發(fā)展前途的兩種測試方法。物理法的測試設(shè)備復(fù)雜.昂貴.精度不高。特別是應(yīng)用于現(xiàn)場實測時,都有一定的局限性和困難。
機械方法包括切割法、套環(huán)法和鉆孔法(下面主要介紹)等,它是把被測點的應(yīng)力給予釋放,并采用電阻應(yīng)變計測量技術(shù)測出釋放應(yīng)變而計算出原有殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的釋放方法是通過機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量方法,但它具有簡單、準(zhǔn)確等特點。
從兩類方法的測試功能來說,機械方法以測試宏觀殘余應(yīng)力為目的,而物理方法則測試宏觀應(yīng)力與微觀應(yīng)力的綜合值。因此兩種方法測試的結(jié)果一般來說是有區(qū)別的。
一、分離法測量殘余應(yīng)力
切割法和套環(huán)法都是將被測點與其鄰近部分分開以釋放殘余應(yīng)力,因此統(tǒng)稱分離法。它是測量殘余應(yīng)力的一種zui簡單的方法,多用于測量表面殘余應(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:在欲測部位劃線:劃出20mm×20mm的方格將測點圍在正中。在方格內(nèi)一定方向上貼應(yīng)變計和應(yīng)變花,再將應(yīng)變計與應(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,使被測點與周圍部分分離開。切割后,再測應(yīng)變計得到的釋放應(yīng)變。它與構(gòu)件原有應(yīng)變量值相同、符號相反,因此計算應(yīng)力時,應(yīng)將所得值乘以負號。
釋放后的殘余應(yīng)力計算方法如下:
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,則在測點處沿主應(yīng)力方向粘貼兩個應(yīng)變片1和2(如圖3.2所示)。分割構(gòu)件后測出ε1和 ε2,計算殘余主應(yīng)力為:
3、如圖被測點殘余主應(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,測出再按(3)公式計算出主應(yīng)力及其方向來。
(二)、套環(huán)法:在一些大型構(gòu)件上,切割法有時難于進行,這時可采用套環(huán)法進行分離。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。先以被測點為圓心,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,使被測點與周圍分割開來,如圖3.4所示。
套環(huán)法的應(yīng)變計布置和公式均與切割法相同。
(三)、切割法與套環(huán)法的對比試驗:圖3.5是一厚度為14mm的雙焊道板梁。由于結(jié)構(gòu)對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。沿長度方向做12等份做為殘余應(yīng)力測試點。其中單號點采用套環(huán)法,雙號采用切割法進行殘余應(yīng)力測試。表3.1給出測得的各點殘余應(yīng)力值。不難看出切割法與套環(huán)法測得的結(jié)果基本相同,數(shù)據(jù)具有較好的穩(wěn)定性,分散度較小。相對于其他方法來說,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)件上測殘余應(yīng)力。