[發明專利]基于切斷彎曲法的復合材料環狀零件殘余應力測量方法

有效

• 申請號: 201410248026.8
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN103994842A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 周兆鋒;倪驍驊;湯沛;夏文勝;劉虎
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 楊海軍

技術領域：

本發明涉及一種基于切斷彎曲法的復合材料環狀零件殘余應力測量方法，屬于機械工程領域中的應力測量方法。

背景技術：

復合材料的殘余應力通常是指在制備和加工過程中殘留在材料內部的應力。殘余應力的存在，將對復合材料性能產生巨大影響，如使材料內部產生各種缺陷，改變材料的力學、物理及化學性能，降低材料的尺寸穩定性等，從而嚴重影響到材料的使用性能及使用壽命。因此，對復合材料殘余應力的研究與表征，一直是材料研究與應用中必不可少的內容。在復合材料領域，為了確保重要復合材料構件在使用過程中的質量、壽命乃至安全，殘余應力的控制己成為一項重要的質量控制標準。

由于殘余應力對復合材料力學性能和尺寸穩定性的重要影響，在某些關鍵件的工藝標準中必須測試其殘余應力水平。根據測試方法對被測試件是否破壞，可將殘余應力測試方法分為有損測試法和無損測試法兩大類。有損測試法以機械方法為主，其原理是用機械加工的方法將材料一部分除去，釋放部分或全部殘余應力并造成相應的位移與應變，再在某些部位測量這些位移或應變，通過力學分析推算出原始存在的殘余應力。有損測試法主要包括鉆孔法和環芯法，其中鉆孔法使用得最多。

無損測試殘余應力的方法大多屬于物理方法。這些方法的原理是利用材料中殘余應力狀態引起的某種物理效應，建立起某一物理量與殘余應力或應變間的關系，通過測定這一物理量推算出殘余應力。無損測試方法主要包括:磁性應變法、聲彈性法、X射線衍射、激光拉曼光譜法、中子衍射、同步輻射等一些方法。

以上各種無損測量方法中，它們的適合場合都受到不同程度的限制。例如，通常的X射線衍射無法深入材料內部，中子衍射或同步加速器X射線輻射雖然具有很強的穿透能力，強大的功能，然而這類昂貴的技術設備是很稀少的，難以得到普遍應用，激光拉曼光譜法以及磁性應變法都是針對特定材料的測量方法，同步輻射法對于設備的要求過于苛刻，都限制了其廣泛的運用。

有損檢測方法所需設備既不昂貴也不苛刻，而且大部分情況下都具有較高的精度，但是其需要被測零件材料的具體參數，針對復合材料在制造過程中，其材料的特性往往并不是唯一的，有時候甚至每層的材料的特性都不一樣，在這種情況下若想用傳統的有損檢測法測量符合材料內部殘余應力是困難重重，無法測得其準確值。傳統的方法通過將材料一部分除去，釋放部分或全部殘余應力并造成相應的位移與應變，再在某些部位測量這些位移或應變，通過力學分析推算出原始存在的殘余應力，這過程需要測量復合材料的一些特性，如彈性模量和泊松比等，而復合材料的這些特性往往不是唯一的，其在制造過程中往往受到諸多因素的影響，無法保證最終零件的材料特性是唯一的，有時候甚至同一零件的每層材料的特性都是相異的，因此具體材料參數的測量中所固有的困難導致了傳統的殘余應力有損測量方法受到了很嚴重的制約。

發明內容：

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術的缺陷，提供一種基于切斷彎曲法的復合材料環狀零件殘余應力測量方法，通過對徑向切割后的零件進行彎曲實驗，測得零件的剛度，并同時得到彎矩和應變的關系，通過零件被徑向切割前后測得的應變的變化，可以計算得到零件的內彎矩值，再根據測得的零件的剛度和其內彎矩值計算得零件的殘余應力。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

基于切斷彎曲法的復合材料環狀零件殘余應力測量方法，包括如下步驟：

步驟一、在環狀零件的中部沿同一半徑方向的內外表明上分別貼上應變片，測量環狀零件內外表面的環向應變；

步驟二、在環狀零件上，與應變片黏貼處位于同一條直徑上且相對的位置，將環狀零件切斷，使環狀零件的內彎矩完全釋放；

步驟三、讀取環狀零件室溫下的應變值，檢測得出環狀零件被切割前后其內表面的環向應變變化以及外表面環向應變變化

步驟四、對切斷后的環狀零件施加拉力，使其彎曲，拉力的作用點所在直徑與應變片黏貼處所在直徑成90°角，以恒定的速率增加拉力，記錄拉力值以及內外表面的應變隨時間連續變化的趨勢，具體計算方法如下：

將作用于應變片處的彎矩值表示為：

M=(m+n2)F;]]>