[發(fā)明專利]利用納米壓痕法測(cè)試材料殘余應(yīng)力三向應(yīng)力方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010667027.1
• 申請(qǐng)日: 2020-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN111649858B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張玉財(cái);蔣文春;涂善東;張顯程
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): G01L5/16
• 分類號(hào): G01L5/16;G01N3/40;G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 馮靜

本發(fā)明公開一種一種利用納米壓痕法測(cè)試材料殘余應(yīng)力三向應(yīng)力方法及系統(tǒng)，涉及殘余應(yīng)力測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，包括：對(duì)待檢測(cè)試樣進(jìn)行納米壓痕測(cè)試，得到載荷和壓入深度的關(guān)系；根據(jù)所述載荷和壓入深度的關(guān)系得到所述待檢測(cè)試樣材料的硬度和所述待檢測(cè)試樣的壓痕投影面積；根據(jù)待檢測(cè)試樣材料的各項(xiàng)同性，采用有限元分析法，計(jì)算三向應(yīng)力比例；根據(jù)所述三向應(yīng)力比例、所述待檢測(cè)試樣材料的硬度和所述待檢測(cè)試樣的壓痕投影面積得到無應(yīng)力狀態(tài)下的三向應(yīng)力和拉應(yīng)力狀態(tài)下的三向應(yīng)力。本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試微小區(qū)域三向殘余應(yīng)力的檢測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及殘余應(yīng)力測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用納米壓痕法測(cè)試 材料殘余應(yīng)力三向應(yīng)力方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在石油化工、核能、航空航天等高能耗產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，機(jī)械裝備均朝著更高效 熱處理系統(tǒng)方向發(fā)展。如高溫氣冷堆、新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及燃?xì)廨啓C(jī)等高端 裝備均將增強(qiáng)換熱系統(tǒng)的高效緊湊性作為提高效率的關(guān)鍵。近年來，以板翅結(jié) 構(gòu)作為基本散熱單元的板翅式換熱器(PFHE)得到了廣泛的發(fā)展及應(yīng)用。然 而，PFHE的緊湊高效在一定程度上制約著其安全可靠性。板翅換熱器中存在 有大量的釬焊接頭，由于釬焊工藝、母材和釬料之間材料機(jī)械性能不匹配等因 素的影響，接頭部位在釬焊過程中會(huì)出現(xiàn)殘余應(yīng)力集中，這必將導(dǎo)致板翅結(jié)構(gòu) 處于一種復(fù)雜的多軸應(yīng)力狀態(tài)。在惡劣的服役環(huán)境(高溫、高壓、腐蝕介質(zhì)) 下，釬焊接頭必然成為板翅結(jié)構(gòu)斷裂失效的首要發(fā)生部位。因此，準(zhǔn)確獲取接 頭的力學(xué)性能及殘余應(yīng)力分布規(guī)律對(duì)板翅構(gòu)件的結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)及評(píng)估顯得 尤為重要。

對(duì)于釬焊接頭的殘余應(yīng)力測(cè)試，由于其焊縫及擴(kuò)散區(qū)的尺寸較小，常規(guī)的 測(cè)試方法如中子衍射法、X射線法很難直接測(cè)試。納米壓痕法測(cè)試殘余應(yīng)力當(dāng) 前已有了較廣泛的研究，但該方法測(cè)試殘余應(yīng)力的理論僅僅適用于雙向應(yīng)力， 即平面應(yīng)力狀態(tài)的測(cè)試，對(duì)與像釬焊接頭等結(jié)構(gòu)的三向應(yīng)力狀態(tài)難以直接測(cè) 試，因此亟需一種能夠測(cè)試微小區(qū)域三向殘余應(yīng)力的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用納米壓痕法測(cè)試材料殘余應(yīng)力三向應(yīng)力方 法及系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試微小區(qū)域三向殘余應(yīng)力的檢測(cè)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種利用納米壓痕法測(cè)試材料殘余應(yīng)力三向應(yīng)力方法，包括：

對(duì)待檢測(cè)試樣進(jìn)行納米壓痕測(cè)試，得到載荷和壓入深度的關(guān)系；

根據(jù)所述載荷和壓入深度的關(guān)系得到所述待檢測(cè)試樣材料的硬度和所述 待檢測(cè)試樣的壓痕投影面積；

根據(jù)待檢測(cè)試樣材料的各項(xiàng)同性，采用有限元分析法，計(jì)算三向應(yīng)力比例；

根據(jù)所述三向應(yīng)力比例、所述待檢測(cè)試樣材料的硬度和所述待檢試樣的壓 痕投影面積得到無應(yīng)力狀態(tài)下的三向應(yīng)力和拉應(yīng)力狀態(tài)下的三向應(yīng)力。

可選的，所述載荷和壓入深度的關(guān)系具體包括：

無應(yīng)力狀態(tài)下，

其中，C₀為測(cè)試過程中無應(yīng)力待檢測(cè)試樣的材料參數(shù)，h₀為納米壓痕測(cè) 試過程中無應(yīng)力試樣的壓痕深度；P₀為無應(yīng)力狀態(tài)下的載荷；

拉應(yīng)力狀態(tài)下，

其中，C_T為測(cè)試過程中拉應(yīng)力待檢測(cè)試樣的材料參數(shù)，h_T為納米壓痕測(cè) 試過程中拉應(yīng)力試樣的壓痕深度；P_T為拉應(yīng)力狀態(tài)下的載荷。

可選的，所述根據(jù)所述載荷和壓入深度的關(guān)系得到所述待檢測(cè)試樣材料的 硬度和所述待檢測(cè)試樣的壓痕投影面積包括：

根據(jù)所述載荷和壓入深度的關(guān)系得到壓痕投影面積；

根據(jù)所述壓痕投影面積和載荷得到待檢測(cè)試樣材料的硬度。