[發明專利]一種沿深度非均勻分布的殘余應力測試計算方法

有效

• 申請號: 201811554143.1
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109460632B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 潘龍;王保升;徐振欽;閆注文
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張耀文

1.一種沿深度非均勻分布的殘余應力測試計算方法，其特征在于，包括：鉆孔應變法測量殘余應力過程中，鉆孔切除部分與工件基體分離，導致孔表面處的作用力釋放，引起測量位置P_N的應變，其中N＝1、2、3，對應應變花中應變片的編號；根據彈性力學可逆性原理，在孔的表面施加原作用力，即切除部分與工件基體間的作用力，與鉆孔應力釋放過程是可逆的，據此采用Cerruti力學問題的解，建立鉆孔位置殘余應力與測量位置應變之間的映射關系，從而根據測量的應變值求解鉆孔位置殘余應力；

具體包括以下步驟：

(1)建立鉆孔位置殘余應力與孔表面微元作用力的關系：第k層鉆孔位置的殘余應力為每層孔厚度為Δz，孔半徑為a，則孔表面Q(x₁，y₁，z₁)點處微面元ds的原有微元作用力為，

式中，下標i、j是應力張量的角標符號，分別取X、Y代表直角坐標系X、Y軸方向，n_j是面元的單位法向量；直角坐標系下的分量形式為：

式中，α是孔表面Q點與原點O的連線同X軸的夾角；

(2)利用Cerruti力學問題的解建立第k層孔表面微元作用力在測量位置P_N點產生應力的關系；孔表面微元作用力在距離為R的測量位置P_N(x₂，y₂，z₂)處產生的應力分量表達式為，

孔表面微元作用力在距離為R的測量位置P_N(x₂，y₂，z₂)處產生的應力分量表達式為，

式中，x＝x₂-x₁，y＝y₂-y₁，z＝z₂-z₁，公式(3)與公式(4)中相同應力相加，得到第k層孔表面微元作用力dF_i^k在測量位置P_N處產生的應力分量表達式；

(3)通過積分求得第k層孔表面施加原作用力F_i^k后，測量位置P_N處產生的應力為即

矩陣形式為：

式中，為第k層孔應力在P_N處產生應力的應力傳遞矩陣，由上述公式得到的表達式為：

(4)第k層孔表面施加原作用力后P_N處的應變值與應力的關系為

式中，v是泊松比，E是彈性模量，α_N為P_N點與原點O的連線同X軸的夾角，且由公式(8)得到與關系，矩陣形式為

式中，是常數矩陣，為第k層孔的撓度傳遞矩陣，其表達式為：

(5)通過鉆孔過程測量的應變值計算得到第k層孔表面加載過程測量位置P_N產生的應變值，即

式中，是第k層孔鉆完后P_N點測量的應變值；

(6)通過撓度傳遞矩陣求逆得到第k層孔的剛度傳遞矩陣從而計算得到第k層孔位置的殘余應力表達式為：