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殘余應力檢測，實驗目的，天津振動時效設備 振動時效儀 振動時效機濟南力拓

（1）檢測工件表面及內部的綜合殘余應力變化量。

（2）檢測工件在接受某種時效處理前后的殘余應力變化量，以運算其應力消除率。三、實驗原理

目前在焊接件和鑄件上應用的較多的殘余應力測量方法是盲孔法，盲孔法就是在工件上鉆一小通孔或不通孔，使被測點的應力得到釋放，并由事先貼在孔周位的應變計測得釋放的應變量，再根據彈性力學原理計算出殘余應力來。鉆孔的直徑和深度都不大，不會影響被測構件的正常使用。并且這種方法具有較高的精度，因此它已成為應用比較廣泛的方法。

（一）理論公式的推導，天津振動時效設備 振動時效儀 振動時效機濟南力拓

當殘余應力沿厚度方向的分布比較均勻時，可采用一次鉆孔法測量殘余應力的量值。

用圖3.6表示被測點o附近的應力狀態：σ1和σ2為о點的殘余主應力。在距被測點半徑為r的Р點處，σr和σt分 別表示鉆孔釋放徑向應力和切向應力。并且σr和σ1的夾角為ф。

根據彈性力學原理可得P點的原有殘余應力σ′r和σ′t與殘余主應力σ1和σ2的關系如式（4）。

鉆孔法測殘余應力時，要在被測點о處鉆一半徑為a的小孔以釋放應力。由彈性力學可知，鉆孔后P點處的應力σ″r和σ″t分別為式（5）

在一般情況下，主應力方向是未知的則上式中含有三個未知數σ1，σ2和Ф。如果在與主應力成任意角 的Ф1，Ф2，Ф3三個方向上貼應變片， 由上式可得三個方程，即可求出σ1，σ2和Ф來。為了計算方便，三個應變片之間的夾角采用標準角度，如Ф，Ф+45°，Ф+90°，這樣測得的三個應變分別為ε0，ε45和ε90即：

在有些情況下，公式（12）將會有所變化：

1.如果被測點的殘余應力是單向應力狀態，只要在應力方向上貼一應變片，鉆孔后即可測出應變εo，把Ф=0, σ2=0代入（11）式得

2.如果殘余應力σ1和σ2的方向已知，則可沿兩個主應力方向貼一應變片，如圖3.7所示，Φ=0和Φ=90。則由（11）式可得：

公式（12）是通過彈性力學理論推倒而來的，式中的A、B值是通過計算得到的。因此上述方法被稱做理論公式法。還有一種方法就是通過在拉伸試件上標定釋放應變與應力的比例系數后，再計算殘余應力，這種方法稱做實驗標定法。

（二）實驗標定法，天津振動時效設備 振動時效儀 振動時效機濟南力拓

如圖3.9所示，在距孔心r處貼片。為消除邊緣效應的影響，取寬度b大于a的4-5倍的試件。在材料試驗機上將沒有鉆孔的試件逐級加載，計算出試件的應力σ，測出各級荷載下的應變ε′1和ε′2。然后取下試件用專用設備在試件指定部位上專孔后，再重新拉伸，并測出專孔后的應變值ε″1和ε″2。

將兩種情況下同一級荷栽產生的應變差求出后可見，鉆孔前后的應變差與應力成正比，即：

（21）式與（13）式具有完全相同的形式，它說明標定法得到的A′,B′相當于理論公式中的A,B。因此只要通過標定法測得A′和B′后代入公式（12）中，即可得到主應力方向未知的測點的殘余應力σ1和σ2及其夾角Ф的數值。

當構件中的殘余應力沿厚度分布不均勻時，可采用分層鉆孔法求得各深度的殘余應力。其方法是：等深度地逐層鉆孔測定每次的應力釋放量。如果已知主應力的方向，則有：

被測點鉆一小孔只能使殘余應力局部釋放，因此應變計所測出的釋放應變值很小，必須采用高精度的應變計。為了不斷提高測量精度，還必須十分注意產生誤差的各種因素，其中最主要的是鉆孔設備的精度和鉆孔技術，還有應變測試誤差。一般來說鉆孔深度 h≥2a 即可。

（三）鉆孔設備及鉆孔要求，天津振動時效設備 振動時效儀 振動時效機濟南力拓

（1）.鉆孔設備的結構應該簡單，便于攜帶，易于固定在構件上，同時要求對中方便，鉆孔深度易于控制，并能適應在各種曲面上工作。圖3.10為小孔鉆的結構圖，這種鉆具能較好地實現上述要求，借助4個可調節X、Y方向的位置和上、下位置，以保持鉆孔垂直于工件表面，用萬向節與可調速手電鉆連接施行鉆孔。

（2）.鉆孔的技術要求：

①被測表面的處理要符合應變測量的技術要求，直角應變片應用502膠水準確地粘貼在測點位置上，并用膠帶覆蓋好絲柵，防止鐵屑破壞絲柵。

②鉆孔時要保證鉆桿與測量表面垂直，鉆孔中心偏差應控制在±0.025 mm以內。

③鉆孔時要穩，機座不能抖動。鉆孔速度要低，鉆孔速度快易導致應變片的溫度漂移，孔周切削應變增大使測量不穩定。為消除切削應變的影響，可先采用小鉆頭鉆孔然后再用銑刀洗孔。

如果無法使用小孔鉆，可以使用噴沙打孔法打一盲孔，噴沙打孔的方法就是利用壓縮空氣帶動Al2O3或SiO2粉末，通過回轉的噴嘴對準應變花中心打孔標志，噴吹表面而得一盲孔。這種方法實際上是一種磨削過程，其產生的熱量由氣流冷卻，加之切削量很小，因此打孔時引起的附加應力較小，噴沙打孔法的測量精度較高。

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