[發(fā)明專利]基于熱縮原理的殘余應(yīng)力梯度試塊設(shè)計(jì)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410073989.9
• 申請(qǐng)日: 2014-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103837386A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐春廣;白曉光;宋文濤;李驍;潘勤學(xué);靳鑫;李煥新;劉帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N1/28
• 分類號(hào): G01N1/28
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• 代理人: 暫無(wú)信息

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出的是一種標(biāo)定試塊的設(shè)計(jì)方法，具體地說(shuō)，是基于熱縮原理的殘余應(yīng)力梯度測(cè)量標(biāo)定試塊的設(shè)計(jì)方法。該方法可用于小孔法、超聲法、電磁法和射線法等有損或無(wú)損殘余應(yīng)力檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，屬于材料分析測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。

二、背景技術(shù)

殘余應(yīng)力測(cè)量方法主要有機(jī)械法與物理法。其中，機(jī)械法會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成損害，不適宜非破壞性結(jié)構(gòu)的應(yīng)力檢測(cè)；物理法主要包括X射線衍射法、磁性法、中子衍射法及超聲法等，其中超聲法主要是基于超聲臨界折射縱波原理實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力檢測(cè)。為了確保這些方法的檢測(cè)值準(zhǔn)確（精度始終維持在其誤差范圍之內(nèi)），實(shí)現(xiàn)溯源性，需要用一個(gè)可參考的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定期的校準(zhǔn)。

目前殘余應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)定值試塊的研究，主要是針對(duì)X射線衍射法。文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，專利：（姜傳海,洪波.X射線應(yīng)力測(cè)量標(biāo)定試樣的制備方法[P].申請(qǐng)?zhí)?200510023292.1,2005.）中提到一種用于材料分析測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域的X射線應(yīng)力測(cè)量標(biāo)定試樣的制備方法。另外，專利：（袁新艷,王海玲,李炎琢.X射線殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)校準(zhǔn)試塊制作方法[P].申請(qǐng)?zhí)?201210183436.X,2012.）同樣公開(kāi)了一種通過(guò)顆粒選取、粘合劑制作、顯微鏡載玻片上撒鐵粉、粘合劑粘接等工藝得到X射線殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)校準(zhǔn)試塊。但是，這些試塊的結(jié)構(gòu)較為特殊，不具有通用性，且制造方法復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。為此，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確可靠的殘余應(yīng)力梯度校準(zhǔn)試塊來(lái)解決現(xiàn)有方法的不足之處。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供了一種基于熱縮原理的殘余應(yīng)力梯度試塊設(shè)計(jì)方法，可以用于超聲波法、小孔法、電磁法和射線法等殘余應(yīng)力檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，針對(duì)被檢測(cè)材料，制備同心嵌套結(jié)構(gòu)的熱壓縮定值試塊，包含圓盤A及圓環(huán)B。圓盤A直徑為φD_A，厚度為t；圓環(huán)B內(nèi)徑φD_B，外徑φD′_B，厚度為t。D_A、D_B與D′_B的尺寸應(yīng)滿足約束：D_A≤D′_B≤D_A×π×(1+α_A)，D_A≥D_B-D′_B，其中，α_A為目標(biāo)試塊材料的線膨脹系數(shù)。通過(guò)熱縮原理，制備出殘余應(yīng)力梯度試塊，其應(yīng)力大小可通過(guò)理論計(jì)算得出，將理論值與殘余應(yīng)力檢測(cè)儀器的檢測(cè)值對(duì)比，即可達(dá)到校準(zhǔn)儀器的目的。

四、附圖說(shuō)明

圖1殘余應(yīng)力梯度試塊結(jié)構(gòu)示意圖

圖2殘余應(yīng)力梯度試塊設(shè)計(jì)圖

圖3圓盤壓應(yīng)力值計(jì)算示意圖

圖4超聲法檢測(cè)殘余應(yīng)力梯度熱縮試塊內(nèi)圓盤的一條徑向應(yīng)力分布曲線

圖5超聲法檢測(cè)殘余應(yīng)力梯度熱縮試塊內(nèi)圓盤部分的應(yīng)力分布云圖

五、具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

如圖1所示，針對(duì)被檢測(cè)材料（例如，被測(cè)材料為45#鋼，則圓盤A與圓環(huán)B的制備材料即為45#鋼），制備同心嵌套結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力梯度試塊，包含圓盤A及圓環(huán)B。

如圖2所示，圓盤A直徑φD_A，厚度t；圓環(huán)B內(nèi)徑φD_B，外徑φD′_B，厚度為t，單位均為毫米。其中D_A、D_B與D′_B的尺寸滿足如下約束：

D_A≤D′_B≤D_A×π×(1+α_A)?????（1）

D_A≥D_B-D′_B?????（2）

其中：α_A為目標(biāo)試塊材料的線膨脹系數(shù)，（mm/k）。

如圖3所示，由于殘余應(yīng)力梯度試塊圓環(huán)B外圈幾何形狀不受限制，冷卻至室溫后，其拉應(yīng)力得到部分釋放，故梯度試塊應(yīng)力檢測(cè)應(yīng)以圓盤A受壓縮為主計(jì)算。其徑向應(yīng)力大小σ可通過(guò)以下公式進(jìn)行計(jì)算：