[發明專利]基于盲孔法的復合材料板材的殘余應力分布測量方法

在審

• 申請號: 202010731379.9
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111855057A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 劉學術;張博添
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01N19/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于復合材料殘余應力測量領域，提供了一種基于盲孔法的復合材料板材的殘余應力分布測量方法。該方法首先針對待測復合材料板材確定測量位置和測量方向，并在相應的位置粘貼若干個應變片。使用數控鉆孔機在板材粘貼應變片的位置的背面進行步進鉆孔，以固定的步進量對板材進行多次鉆孔，鉆孔的深度隨測量的目的而定，鉆孔完成后可獲取各個盲孔位置處的各應變片所測得的隨鉆孔深度變化的應變值。接著利用有限元模型求得所有應變片位置處的應力分布。最后可以通過改變應變片粘貼方向和盲孔的位置對其他方向和位置進行相應的測量。

技術領域

本發明屬于復合材料殘余應力測量領域，涉及一種基于盲孔法的復合材料板材的殘余應力分布測量方法。

背景技術

復合材料在成型過程中，由于纖維和基體的熱膨脹系數的不同以及內外冷卻速率的不同，在冷卻過程中會產生明顯的殘余應力，殘余應力的產生會使板材發生翹曲變形，會使板材在使用過程中產生很多不利的影響。因此，為了達到調控殘余應力的目的，復合材料的殘余應力的測量就顯得尤為關鍵。目前比較常用的殘余應力測量方法主要分為無損檢測以及有損檢測兩類。無損檢測包括例如X射線法、中子衍射法、磁性法等方法。但此類方法成本很高，而且對設備以及人員的操作水平要求較高，不利于實際的工程應用。有損檢測在工程實際中應用十分廣泛，主要包括盲孔法和切割法，針對具有各向異性的復合材料，較多應用增量切割法，但在實際應用中，增量切割法有對于構件損傷大、測量應力方向單一、加工條件較高等缺點。且對于大型復合材料板件，增量切割法測量同一切割槽內各點應力差距較大會相互影響產生不可忽略的誤差。

本發明針對傳統測試的上述問題，利用盲孔法，使用合理劃分區域、合理布置應變片、合理確定鉆孔位置的方法，對各個待測部分進行測試。通過逐步加深鉆孔深度使殘余應力重新分布引起構件的變形從而獲取應變值，借助有限元方法和給出的計算方法與公式，可準確計算出復合材料板材的各測量部位殘余應力的分布。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的是提出一種能快速準確且低成本的測量計算復合材料板材各部位殘余應力分布的方法。

本發明的技術方案是：

一種基于盲孔法的復合材料板材的殘余應力分布測量方法，步驟如下：

第一步：對復合材料板材進行增量步進鉆孔試驗，獲取試驗數據

(1)確定復合材料板材的測量位置和方向：對于待測的矩形復合材料板材，復合材料板材呈軸對稱形態，且在固化過程中，復合材料板材內部應力的分布也呈軸對稱形態；將復合材料板材按軸對稱劃分為幾個部分，作為待測區域；將復合材料板材按軸對稱劃分為兩個部分，作為待測區域；在兩側對稱區域需要測量的位置均勻分布一定數量的盲孔，相互對稱的盲孔分別采取不同測量方向的應變片粘貼方式；針對對稱的復合材料板材，可以使用此種區域劃分方式，盲孔的數量依據復合材料板材的尺寸選定，復合材料板材尺寸大，可相應增加盲孔的數量。在各個待測區域的盲孔背面打磨清洗，保證表面光滑無雜質后，在盲孔背面圓心位置粘貼應變片，每個盲孔對應位置的應變片應該與所要測量的殘余應力方向相同。

(2)將應變片與靜態應變測試儀用數據線相連，將靜態應變測試儀與計算機相連，利用計算機實時記錄數據；

(3)用數控鉆孔機夾具將被測的復合材料板材的端部夾緊，確保步進鉆孔試驗過程中應變片的數值變化均來自步進鉆孔試驗導致的殘余應力重新分布而帶來的復合材料板材變形；用數控鉆孔機在復合材料板材上粘貼應變片的位置的背面進行步進鉆孔，鉆頭圓心與應變片的中心重合，以固定的步進深度對復合材料板材進行多次步進鉆孔，鉆孔的深度隨測量的目的而定，一般鉆孔深度要超過板材厚度的一半；

(4)鉆孔完成后獲得隨鉆孔深度變化的應變值，對復合材料板材的其他待測區域用上述方法依次進行步進鉆孔試驗，獲取其他位置處的各應變片處隨鉆孔深度變化的應變值，用公式表示為：

ε(a_i)＝ε_i (1)