[發明專利]基于五柵式應變花消除殘余應力測試鉆孔偏心誤差的方法

有效

• 申請號: 202010986239.6
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112113695B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 顧穎;任松波;古松;孔超;楊莉瓊;陳俞嘉;周載延;馮倩
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發明公開了一種基于五柵式應變花消除殘余應力測試鉆孔偏心誤差的方法，包括S1、根據鉆孔應變法，設計五柵式殘余應力測試應變花；S2、基于線彈性力學疊加原理，推導得到五柵式應變花測試的應變求解應力狀態與鉆孔偏心量的非線性方程組；S3、基于牛頓迭代法求解非線性方程組，計算得到應力狀態和鉆孔偏心量。

技術領域

本發明屬于鉆孔應變法測試殘余應力的技術領域，具體涉及一種基于五柵式應變花消除殘余應力測試鉆孔偏心誤差的方法。

背景技術

鉆孔應變法是常用的殘余應力測試方法，屬于半破壞性測試方法，它具有對工件的損傷小，操作簡單，測試費用低等優點。鉆孔應變法在工件表面鉆一小孔(直徑0.8mm～4.8mm)，通過應變計測量鉆孔所釋放的應變來推算殘余應力。簡單地講，鉆孔應變法先在工件表面粘貼應變花，然后在應變花中心處鉆半徑為a、深h的小孔，先前粘貼的應變計會測得鉆孔所釋放的應變，最后根據所測的應變推算殘余應力。

鉆孔偏心引起的誤差是鉆孔應變法殘余應力測試中一種常見的誤差。鉆孔偏心對殘余應力測試結果影響很大，且很難避免。研究表明當鉆孔偏心為0.1倍孔徑時，測試誤差在特殊應力狀態下可高達70％。然而影響鉆孔偏心的因素較多，其大小與測試人員技能、測試儀器及操作環境有關。一般來講，在水平板面上鉆孔，對中精度容易保證，但待測表面若是弧面或斜面就很容易出現偏心，如焊縫表面、圓管表面、斜向角焊縫表面。此外操作空間對對中精度也有一定的影響，狹小的、受限的操作空間往往更容易出現偏心。例如，在對正交異性鋼橋面板焊接殘余應力的測量中，共測試253個測點，由偏心過大而判定為無效的測點就達到75個，占比近30％。

由于鉆孔應變法是一種有損測量方法，鉆孔在一定范圍內會改變原有的應力狀態。若待測點鉆孔出現偏心，根據規范規定，補測測點也需要與原測點間隔15孔徑以上。這對于應力梯度較大的應力狀態，由測點位置的偏差將導致不可忽略的誤差，因此需要對鉆孔偏心的大小進行盡可能的限制，若出現偏心也需要對結果進行校正。對此，我國船舶行業標準CB/T 3395-2013[i]在附錄中給出了依據偏心大小與方向進行修正的方法，然而該方法實際應用比較困難，因為在高倍放大鏡下，鉆孔邊緣存在很多毛刺和凹凸，難以清楚地確定鉆孔的邊界，也就難以測量偏心的大小與方向。

綜上所述，鉆孔應變法由于其經濟性、便捷性已成為當前廣泛應用的殘余應力測試方法，測試時鉆孔偏心導致的誤差不可忽略且難以避免，而現有的根據偏心位置修正的方法因鉆孔邊界的難以界定限制了其廣泛的應用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的上述不足，提供一種基于五柵式應變花消除殘余應力測試鉆孔偏心誤差的方法，以解決現有測試時鉆孔偏心導致誤差的問題。

為達到上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種基于五柵式應變花消除殘余應力測試鉆孔偏心誤差的方法，其包括：

S1、根據鉆孔應變法，設計五柵式殘余應力測試應變花；

S2、基于線彈性力學疊加原理，推導得到五柵式應變花測試的應變求解應力狀態與鉆孔偏心量的非線性方程組；

S3、基于牛頓迭代法求解非線性方程組，計算得到應力狀態和鉆孔偏心量。

本發明提供的基于五柵式應變花消除殘余應力測試鉆孔偏心誤差的方法，具有以下有益效果：

本發明為了剔除鉆孔應變釋放法中鉆孔偏心帶來的測試誤差，提供了涉及產品設計、理論創新、程序實現的一整套方法體系與實現途徑。

1、從產品設計上，本發明提供了一種五柵式殘余應力測試應變花。根據該應變花測試的應變，結合本發明的求解方法，可以剔除鉆孔應變釋放法中鉆孔偏心帶來的測試誤差。

2、從理論創新上，本發明根據五柵式殘余應力測試應變的設計布局，基于彈性力學，將鉆孔偏心視為待解的未知量，推導出了求解一點應力狀態的非線性方程組，即式(18)。