[發(fā)明專利]一種鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010161168.6
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111272323B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施剛;張紫千;王蠡鈞
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01B5/14
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 李全旺

1.一種鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀，包括固定測量錐頭(1)、滑動測量錐頭(2)、金屬支架(3)、千分表(4)、夾持支架(5)、緩沖彈簧系統(tǒng)(6)和圓柱體金屬塊(11),其特征在于，夾持支架(5)、固定測量錐頭(1)、圓柱體金屬塊(11)及緩沖彈簧系統(tǒng)(6)均固定在金屬支架(3)上，千分表(4)側(cè)放在金屬支架(3)上，千分表(4)包括裝夾軸套和測桿端頭，裝夾軸套和測桿端頭分別與夾持支架(5)和滑動測量錐頭(2)連接；金屬支架(3)上開有測頭滑動孔(10)，滑動測量錐頭(2)在測頭滑動孔(10)中自由滑動；緩沖彈簧系統(tǒng)(6)緊靠滑動測量錐頭(2)，用于測量儀的緩沖；固定測量錐頭(1)和圓柱體金屬塊(11)均設(shè)置有握持塑料手柄(7)；

所述鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀還配備結(jié)構(gòu)與尺寸均相同的標準孔距尺(12)和溫度修正尺(15)，所述標準孔距尺(12)和溫度修正尺(15)均在兩端的對應(yīng)位置設(shè)置有標孔，且其標孔距離尺寸均為L₀，使用鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀時，標準孔距尺(12)作為參照標尺，溫度修正尺(15)修正溫度變化對待測小孔孔距的影響；千分表(4)處于零位時，固定測量錐頭(1)與滑動測量錐頭(2)的間距尺寸大于標孔距離尺寸L₀。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀，其特征在于，夾持支架(5)上開設(shè)有第一卡表孔(13)，滑動測量錐頭(2)上開設(shè)有第二卡表孔(14)，千分表(4)的測桿端頭和裝夾軸套分別插入到第二卡表孔(14)和第一卡表孔(13)中；緩沖彈簧系統(tǒng)(6)包括彈簧片(61)、長方體金屬塊一(62)和長方體金屬塊二(63)，長方體金屬塊一(62)固定在金屬支架(3)的對應(yīng)位置上，長方體金屬塊二(63)緊靠滑動測量錐頭(2)的右端。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀，其特征在于，所述鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀配備高度尺寸不同的固定測量錐頭(1)與滑動測量錐頭(2)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀，其特征在于，根據(jù)測量要求，所述鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀安裝不同量程和精度的千分表(4)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀，其特征在于，金屬支架(3)的寬度尺寸與千分表(4)表盤的厚度尺寸相近或相同。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀，其特征在于，標準孔距尺(12)由低膨脹合金材料制成，其平均膨脹系數(shù)為1.5×10^-5℃；溫度修正尺(15)由所測金屬構(gòu)件的母材制成，其與所測金屬構(gòu)件具有相同的線膨脹系數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀，其特征在于，所述固定測量錐頭(1)與滑動測量錐頭(2)的表面光滑無凹槽，且千分表(4)處于零位時，固定測量錐頭(1)與滑動測量錐頭(2)的間距尺寸為L₀+2mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的一種鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1)：首先將固定測量錐頭(1)插入標準孔距尺(12)的一個標孔中，然后輕輕將滑動測量錐頭(2)移至標準孔距尺(12)的另一個標孔中；

S2)：手握握持塑料手柄(7)按壓并前后輕輕搖動儀器使得滑動測量錐頭(2)插入標孔的中心，待千分表(4)穩(wěn)定后讀取示數(shù)；

S3)：按照步驟S1、步驟S2測量待測小孔的孔距并讀數(shù)；

S4)：依據(jù)待測小孔的孔距實際值為標準孔距尺(12)的標孔距離與前后兩次千分表(4)讀數(shù)的差值之和，得出待測小孔的孔距實際值；

S5)：測量溫度修正尺(15)標孔的孔距參照步驟S1、步驟S2；

S6)：為了減小誤差，標準孔距尺(12)標孔的孔距、待測小孔的孔距和溫度修正尺(15)標孔的孔距均重復(fù)測量三次，取三次讀數(shù)的平均值。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀的使用方法，其特征在于，用切割法測量鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力時，為了減小不同測量時段的溫度變化對待測小孔距離產(chǎn)生的影響，需要測量切割前后每對孔距的變化，并同時測量溫度修正尺(15)標孔的孔距在切割前后的變化以進行溫度修正，包括以下步驟：

A1)：使用鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測量儀分別測量切割前后標準孔距尺(12)的孔距、溫度修正尺(15)的孔距和待測小孔的孔距，依據(jù)下式可計算得到切割前后釋放的殘余應(yīng)變：

式中：ε_r為切割前后釋放的殘余應(yīng)變，r_s1為切割前重復(fù)測量標準孔距尺(12)標孔的孔距三次得到的讀數(shù)的平均值，r_t1為切割前重復(fù)測量溫度修正尺(15)標孔的孔距三次得到的讀數(shù)的平均值,r₁為切割前重復(fù)測量待測小孔的孔距三次得到的讀數(shù)的平均值，r_s2為切割后重復(fù)測量標準孔距尺(12)標孔的孔距三次得到的讀數(shù)的平均值，r_t2為切割后重復(fù)測量溫度修正尺(15)標孔的孔距三次得到讀數(shù)的平均值,r₂為切割后重復(fù)測量待測小孔的孔距三次得到的讀數(shù)的平均值，L₀為標準孔距尺(12)的標孔距離；

A2)：根據(jù)胡克定律得到金屬構(gòu)件初始狀態(tài)下的殘余應(yīng)力，如下式所示：

σ_r＝-Eε_r

式中：ε_r為切割前后釋放的殘余應(yīng)變，σ_r為金屬構(gòu)件初始狀態(tài)下的殘余應(yīng)力，E為彈性模量。