[發(fā)明專利]基于增量切割法的復(fù)合材料板材的殘余應(yīng)力分布測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811306812.3
• 申請(qǐng)日: 2018-11-05
• 公開（公告）號(hào): CN109323791B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉學(xué)術(shù);張蒙恩;楊宇星;宋世偉;常俊豪;李金磊;張萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L5/00
• 分類號(hào): G01L5/00;G01L1/22
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉;隋秀文

1.一種基于增量切割法的復(fù)合材料板材的殘余應(yīng)力分布測(cè)量方法，其特征在于，步驟如下：

第一步：對(duì)復(fù)合材料板材進(jìn)行增量切割試驗(yàn)獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)

(1)確定復(fù)合材料板材的測(cè)量位置和方向：將復(fù)合材料板材按軸對(duì)稱劃分為幾個(gè)部分，作為待測(cè)區(qū)域；對(duì)于復(fù)合材料板材的縱向正應(yīng)力分布，將復(fù)合材料板材分為上下兩半部分，在上半部分對(duì)稱布置多條水平切割線進(jìn)行切割試驗(yàn)；對(duì)于復(fù)合材料板材的橫向正應(yīng)力分布，將復(fù)合材料板材下半部分分為左右兩側(cè)，在其中一側(cè)對(duì)稱布置多條豎直切割線進(jìn)行切割試驗(yàn)；切割線的密度依據(jù)復(fù)合材料板材的尺寸選定，復(fù)合材料板材尺寸大，則相應(yīng)增大切割線的密度；在各個(gè)待測(cè)區(qū)域的切割線上沿寬度方向打磨清洗，保證表面光滑無雜質(zhì)后，在切割線上對(duì)稱粘貼多個(gè)應(yīng)變片，每條切割線上的多個(gè)應(yīng)變片保持在同一水平線或同一豎直線上，應(yīng)變片的側(cè)面與切刀平面保持垂直；

(2)將應(yīng)變片與靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀用數(shù)據(jù)線相連，將靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀與計(jì)算機(jī)相連，利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)；

(3)用數(shù)控切割機(jī)床夾具將被測(cè)的復(fù)合材料板材的端部夾緊，確保切割過程中應(yīng)變片的數(shù)值變化均來自切割導(dǎo)致的殘余應(yīng)力重新分布而帶來的復(fù)合材料板材變形；用數(shù)控切割機(jī)床在復(fù)合材料板材上粘貼應(yīng)變片的位置的背面進(jìn)行切割，切刀所在平面與應(yīng)變片的橫向中心線重合，以固定的背吃刀量對(duì)復(fù)合材料板材進(jìn)行多次切割，切割的深度隨測(cè)量的目的而定；

(4)切割完成后獲得隨切割深度變化的應(yīng)變值，對(duì)復(fù)合材料板材的其他待測(cè)區(qū)域依次進(jìn)行切割試驗(yàn)，獲取其他位置處的各應(yīng)變片處隨切割深度變化的應(yīng)變值，用公式表示為：

ε(a_i)＝ε_i (1)

其中，a_i為第i次的切割深度，i為切割的次數(shù)，i＝1,2... ,n，ε(a_i)表示切割深度為a_i時(shí)測(cè)得的應(yīng)變值，ε_i表示第i次切割的應(yīng)變值；

第二步：對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取隨切割深度變化的殘余應(yīng)力值

建立尺寸和邊界條件與被測(cè)復(fù)合材料板材相同的有限元模型，將勒讓德多項(xiàng)式作為預(yù)應(yīng)力施加到有限元模型中，模擬實(shí)際的切割過程，具體如下：

(1)C_ij表示當(dāng)切割深度為a_i、應(yīng)力在深度方向上的函數(shù)為勒讓德多項(xiàng)式p_j(x)時(shí)，通過有限元方法計(jì)算所得的應(yīng)變值，具體公式表達(dá)如下：

C_ij＝ε(a＝a_i,σ_initial(x)＝P_j(x)) (2)

其中，a為切割深度，x表示各切割深度數(shù)值，σ_initial(x)為沿切割深度方向處的預(yù)應(yīng)力函數(shù)表達(dá)式，p_j(x)為各階勒讓德多項(xiàng)式在深度方向上的應(yīng)力函數(shù)表達(dá)式；

(2)求解各階勒讓德多項(xiàng)式的擬合系數(shù)A_j，公式為：

{A}為A_j組成的列向量，用公式表示為：

利用最小二乘法，{A}表示為：

{A}＝([C]^T[C])^-1[C]^T{ε_meas} (5)

其中，j是勒讓德多項(xiàng)式的階數(shù)，j＝2,3...,m；{ε_meas}是由測(cè)得的應(yīng)變值形成的列向量，用公式表達(dá)為：

[C]是由各應(yīng)變值C_ij組合形成的矩陣，用公式表示為：

(3)通過勒讓德多項(xiàng)式擬合隨切割深度變化的殘余應(yīng)力σ(x)，即求出一個(gè)應(yīng)變片處的隨切割深度變化的殘余應(yīng)力分布，σ(x)表達(dá)公式為：

第三步，利用第二步中的方法測(cè)量復(fù)合材料板材不同的待測(cè)區(qū)域中的所有應(yīng)變片位置處的應(yīng)力分布，最終通過對(duì)稱性獲取整個(gè)復(fù)合材料板材的殘余應(yīng)力分布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于增量切割法的復(fù)合材料板材的殘余應(yīng)力分布測(cè)量方法，其特征在于，切割深度大于板材厚度的一半。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于增量切割法的復(fù)合材料板材的殘余應(yīng)力分布測(cè)量方法，其特征在于，通過改變應(yīng)變片粘貼的位置和切割的方向?qū)ζ渌恢煤头较蜻M(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量。