[发明专利]残余应力梯度分布定值试块

说明书

本发明通过设计一种残余应力梯度分布定值试块来实现对残余应力检测系统的标定和校准过程，从而保证残余应力检测过程的准确性和可靠性。本发明涉及一种残余应力梯度分布定值试块设计及使用方法，适用于残余应力检测领域，可用于残余应力检测系统中拉伸和压缩应力检测结果的校准。首先通过调节螺栓的拧紧程度，控制不同位置的变形方向和变形量，得到试块内部及螺栓轴向的定值残余应力梯度分布，然后将检测探头分别置于不同应力区域和螺栓端部，利用残余应力检测系统进行应力梯度检测，最后通过对比检测数值与试块内部或螺栓轴向的理论计算的残余应力数值，来校准对应的残余应力检测仪器的检测精度和准确性，实现对残余应力检测仪器的标定。

一、技术领域

本发明属于超声无损检测领域，涉及一种残余应力梯度分布定值试块设计，适用于残余应力检测系统的现场定值校准。

二、背景技术

残余应力广泛存在于各种机械构件中，在实际生产过程中，实现对其的精准检测，是一项非常重要的工作。超声波法，作为残余应力无损检测方法中的一员，是目前一种相对成熟且分辨率较高的方法，已经广泛应用于铁路、管道、兵器、航天等领域。

超声法检测残余应力主要是依据声弹性理论和临界折射纵波原理来实现的。根据声弹性理论检测得出的残余应力值为相对残余应力值，与残余应力实际值之间存在着一定偏差，而残余应力实际值在实际生产中有重要的意义。因此，在利用超声波法进行残余应力检测的过程中，检测系统需要对应的装置来进行校准。

本发明通过设计一种残余应力梯度分布定值试块来实现对残余应力检测系统的标定和校准过程。从而保证残余应力检测记过的可靠性。通过与试块不同位置处呈梯度变化的定值拉伸或压缩应力进行多样点比较，得到检测值与实际值的差距大小，从而实现检测系统的校准。目前，国内外关于残余应力梯度分布定值试块的研究都比较少。

文献检索发现，专利:(徐春广等.一种用于拉伸残余应力定值校准的C形环装置[P].中国专利：CN201310465140.1,2014-01-22.)提供了一种定值残余应力校准试块，工作表面为C形环外表面，实现了利用调节螺母产生拉伸应力来进行应力校准的功能，校准应力种类较为单一，且无残余应力梯度分布。

通过调节螺栓的方向和拧紧程度，改变缺口的张合状态，缺口内侧的变形和U形试块外侧的变形情况恰好相反，根据弹性力学的原理，变形量和应力值一一对应，不同状态的应力也会由一侧逐步过渡到另一侧，即在试块的不同区域产生对应的定值残余应力梯度分布，实现一次拧紧便可同时通过拉伸和压缩残余应力来对超声法检测残余应力系统的校准。该试块加工容易，操作方便，可通过有限元分析结果得出螺栓在不同拧紧程度下，试块不同位置处对应的实际应力值，以此来实现残余应力检测系统检测结果的可靠性。配合使用的螺栓与此同时也会产生标准的应力数值，同样可以用于校准应力检测系统。

三、发明内容

本发明涉及一种残余应力梯度分布定值试块设计及使用方法，适用于残余应力检测领域，可用于残余应力检测系统中拉伸和压缩应力检测结果的校准。首先通过调节螺栓的拧紧程度，控制不同位置的变形方向和变形量，得到试块表面梯度分布的残余应力值，然后对比残余应力系统的检测结果与残余应力梯度分布定值试块中产生的固定残余应力值，来校准对应的残余应力检测系统，从而得到残余应力实际值。

本发明采用金属加工的技术，在固定尺寸铝块的特定位置去除材料，加工出固定形状和尺寸的缺口，在缺口的两侧分别加工出对应的通孔和螺纹孔，同时选用了配套的螺栓和销钉。螺栓、销钉配合通孔和螺纹孔的设计，可以通过调整螺栓的安装方向和拧紧程度，来实现试块缺口张合状态的有效定量控制。利用金属铝的弹性特性，对比缺口的自由状态，不同的张合程度分别会在试块的不同区域产生对应拉伸和压缩的应力梯度分布。在该试块的设计中，缺口张合程度的控制与定值残余应力梯度的分布一一对应，每个位置处的应力值可以通过有限元分析的方法得出，一次拧紧就可以同时进行拉伸和压缩应力的校准，能够广泛地应用于残余应力检测系统的校准。其中配合使用的螺栓，在实现对缺口张合状态控制的同时，也产生了标准的应力数值，同样可以用于应力检测系统的检测。