[发明专利]基于增量切割法的复合材料板材的残余应力分布测量方法

说明书

本发明属于复合材料残余应力测量领域，涉及一种基于增量切割法的复合材料板材的残余应力分布测量方法。该方法首先针对待测复合材料板材确定测量位置和测量方向，并在相应的位置粘贴若干个应变片，然后将应变片与静态应变测试仪相连，将静态应变测试仪与计算机相连，利用计算机实时记录数据。使用数控切割机床在板材粘贴应变片的位置的背面进行增量切割，以固定的背吃刀量对板材进行多次切割，切割的深度随测量的目的而定，切割完成后可获取各个位置处的各应变片处随切割深度变化的应变值。接着利用有限元模型求得所有应变片位置处的应力分布，最后可以通过改变应变片粘贴和切割的方向对其他方向和位置进行相应的测量。

技术领域

本发明属于复合材料残余应力测量领域，涉及一种基于增量切割法的复合材料板材的残余应力分布测量方法。

背景技术

复合材料在成型过程中，由于纤维和基体的热膨胀系数的不同以及内外冷却速率的不同，在冷却过程中会产生明显的残余应力，残余应力的产生会使板材发生翘曲变形，会使板材在使用过程中产生很多不利的影响。因此，为了达到调控残余应力的目的，复合材料的残余应力的测量就显得尤为关键。目前比较常用的残余应力测量方法主要分为无损检测以及有损检测两类。无损检测包括例如X射线法、中子衍射法、磁性法等方法。但此类方法成本很高，而且对设备以及人员的操作水平要求较高，不利于实际的工程应用。有损检测在工程实际中应用十分广泛，主要包括盲孔法和切割法，其中盲孔法应用较为广泛，但是此方法主要针对各向同性材料，而复合材料具有各向异性的特点，不适宜用此方法检测。

本发明针对传统测试的上述问题，利用增量切割法，使用合理划分区域、合理布置应变片、合理确定切割位置的方法，对各个待测部分进行测试。通过切割使残余应力重新分布引起构件的变形从而获取应变值，借助有限元方法和给出的计算方法与公式，可准确计算出复合材料板材的全局残余应力的分布。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提出一种能快速准确且低成本的测量计算复合材料板材全局残余应力分布的方法。

本发明的技术方案是：

一种基于增量切割法的复合材料板材的残余应力分布测量方法，步骤如下：

第一步：对复合材料板材进行增量切割试验获取试验数据

(1)确定复合材料板材的测量位置和方向：对于待测的矩形复合材料板材，由于复合材料板材呈轴对称形态，且在固化过程中，复合材料板材内部应力的分布也呈轴对称形态，故如要测量复合材料板材的全局应力状态，可将复合材料板材按轴对称划分为几个部分，作为待测区域。针对复合材料板材的纵向正应力分布，将复合材料板材分为上下两半部分，在上半部分对称布置多条水平切割线进行切割试验；针对复合材料板材的横向正应力分布，将复合材料板材下半部分分为左右两侧，在其中一侧对称布置多条竖直切割线进行切割试验。针对对称的复合材料板材，可以使用此种区域划分方式，切割线的密度依据复合材料板材的尺寸选定，复合材料板材尺寸大，可相应增大切割线的密度。在各个待测区域的切割线上沿宽度方向打磨清洗，保证表面光滑无杂质后，在切割线上对称粘贴多个应变片，每条切割线上的多个应变片保持在同一水平线或同一竖直线上，应变片的侧面与切刀平面保持垂直。

(2)将应变片与静态应变测试仪用数据线相连，将静态应变测试仪与计算机相连，利用计算机实时记录数据。

(3)用数控切割机床夹具将被测的复合材料板材的端部夹紧，确保切割过程中应变片的数值变化均来自切割导致的残余应力重新分布而带来的复合材料板材变形；用数控切割机床在复合材料板材上粘贴应变片的位置的背面进行切割，切刀所在平面与应变片的横向中心线重合，以固定的背吃刀量对复合材料板材进行多次切割，切割的深度随测量的目的而定，一般切割深度超过板材厚度的一半。

(4)切割完成后获得随切割深度变化的应变值，对复合材料板材的其他待测区域用上述方法依次进行切割试验，获取其他位置处的各应变片处随切割深度变化的应变值，用公式表示为：