[发明专利]一种沿深度非均匀分布的残余应力测试计算方法

说明书

本发明公开了一种沿深度非均匀分布的残余应力测试计算方法，包括：钻孔应变法测量残余应力过程中，钻孔切除部分与工件基体分离，导致孔表面处的作用力释放，引起测量位置Psubgt;N/subgt;的应变；根据弹性力学理论，在孔的表面施加原作用力，即切除部分与工件基体间的作用力，与钻孔应力释放过程是可逆的，据此采用Cerruti力学问题的解，建立钻孔位置残余应力与测量位置应变之间的映射关系，从而根据测量的应变值求解钻孔位置残余应力。本发明根据Cerruti力学问题的解，通过钻孔位置残余应力与测量应变之间的映射关系求解残余应力，计算量小，计算过程简单，通用性强，可信度高。

技术领域

本发明涉及一种沿深度非均匀分布的残余应力测试计算方法，属于残余应力测试技术领域。

背景技术

机械零件在加工制造、装配过程中，不可避免地产生残余应力，对零件的强度、刚度、疲劳等机械性能产生严重的影响。钻孔法作为一种常用的残余应力测量方法，能够有效地测量机械零件的残余应力数值。我国船舶行业标准《CB/T 3395-2013残余应力测试方法钻孔应变释放法》和水利行业标准《SL 449-2010钻孔应变法测量残余应力的标准测试方法》，给出了钻孔法测量残余应力的仪器装置、操作步骤、残余应力测试的积分计算方法等，通常采用应变花测量钻孔过程中孔周围的应变值，通过标定的常数矩阵，根据弹性力学理论计算残余应力。

现有的钻孔应变法残余应力测试积分计算过程都需要标定常数矩阵，其缺点在于：计算中采用的常数矩阵与钻孔直径、每层孔深度、材料泊松比、应变花尺寸等参数有关，当有一个参数变化时都需要对常数矩阵重新标定；常数矩阵多采用有限元法仿真计算，矩阵元素多，计算过程复杂；常数矩阵的维度随着钻孔层数的增大而增大，当钻孔层数较多时，常数矩阵维度较大，残余应力计算过程较复杂。以上缺点导致现有的应变花-钻孔法测量沿深度非均匀分布残余应力时，测试计算方法计算过程复杂，一般技术人员很难掌握。

本专利提出了一种沿深度非均匀分布的残余应力测试计算方法，采用了三维空间Cerruti力学问题的解，该力学问题描述的是半无限大空间表面处作用一平行表面的作用力时物体任意一点的应力状态。钻孔法测量残余应力时，每去除一层材料导致孔圆周表面原有的作用力释放，即相当于在每层孔的圆周表面施加了原有的结合作用力。当钻孔直径较小、深度较浅时，其力学模型近似为Cerruti力学问题。然后采用Cerruti力学问题的解，计算钻孔位置处的残余应力与物体表面测量处应变的映射关系，从而根据测量的应变值计算出残余应力值。这种基于Cerruti力学问题解的沿深度非均匀分布的残余应力测试计算方法具有较好的力学理论基础，可以获得残余应力与测量应变之间的映射关系的解析表达式，并且包含了钻孔直径、每层孔深度、材料泊松比、应变花尺寸等参数的影响关系，通用性强，无需繁琐的、重复的常数矩阵标定工作。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种沿深度非均匀分布的残余应力测试计算方法，根据Cerruti力学问题的解，通过钻孔位置残余应力与测量应变之间的映射关系求解残余应力，计算量小，计算过程简单，通用性强，可信度高。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种沿深度非均匀分布的残余应力测试计算方法，包括：钻孔应变法测量残余应力过程中，钻孔切除部分与工件基体分离，导致孔表面处的作用力释放，引起测量位置P_N的应变(N＝1、2、3，对应应变花中应变片的编号)；根据弹性力学可逆性原理，在孔的表面施加原作用力，即切除部分与工件基体间的作用力，与钻孔应力释放过程是可逆的，据此采用Cerruti力学问题的解，建立钻孔位置残余应力与测量位置应变之间的映射关系，从而根据测量的应变值求解钻孔位置残余应力。

进一步的，具体包括以下步骤：