[发明专利]一种平面任意残余应力的仪器化球形压入检测方法

说明书

一种平面任意残余应力的仪器化球形压入检测方法，包括以下步骤：第一步，采用仪器化压入技术或单轴拉伸试验获取材料力学参量屈服强度σ_y、屈服应变ε_y和幂硬化指数n；第二步，采用球形压头对有平面任意残余应力试样和无残余应力试样分别进行压入试验，压入深度固定为球形压头半径的0.01倍，分别获得在相对压入深度为0.01处，有平面任意残余应力试样和无残余应力试样对应的压入载荷F和F₀，并计算其相对变化值(F‑F₀)/F₀；第三步，计算有平面任意残余应力残余压痕的非对称λ，其椭圆形残余压痕长轴与短轴方向反应的是主应力方向；第四步，将屈服强度σ_y、屈服应变ε_y、幂硬化指数n、载荷相对变化量(F‑F₀)/F₀、残余压痕非对称性λ带入式(1)与式(2)即可计算与本发明高效实用，只需要一次压入测试即可检测出平面任意残余应力两个应力分量的大小和方向。

技术领域

本发明涉及利一种残余应力的检测方法，尤其是用仪器化球形压入技术检测平面任意残余应力的方法。

背景技术

工程材料和结构受机械加工、温度变化等影响，不可避免产生残余应力，进而影响其力学性能。检测残余应力有助于预测材料寿命，为维护处理提供参考。与传统检测残余应力方法(如钻孔法和切割法等)相比，仪器化压入检测法具有微区、微损的特点，结合便携式压入仪，能够原位在线检测，具有广泛应用前景。

残余应力的仪器化压入检测方法按检测对象可分为两类：一类是针对等轴残余应力的检测方法，另一类针对平面任意残余应力的检测方法。其中，等轴残余应力是指残余应力两个应力分量的大小和方向相同，无需考虑主应力方向。由于实际工程中，材料和结构中残余应力两个应力分量的大小和方向都不相同，属于平面任意残余应力，因此等轴残余应力的检测方法在实际应用中受到限制。目前，针对平面任意残余应力的仪器化压入检测方法主要有两种：第一种是基于球形压入测试，采用残余压痕周边的堆起量(pile-up)作为分析参量来检测平面任意残余应力。该方法需要借助激光共聚焦显微镜等3D显微观测设备来测量残余压痕周边的堆起量。由于3D显微观测设备通常比较昂贵，导致该方法的成本较高。第二种是基于努氏压入测试，利用努氏压头对残余应力主应力方向的敏感性，通过进行互成45度角的4次压入测试，来检测材料中平面任意残余应力两个应力分量的大小和方向。该方法的不足是需要进行4次压入测试才能检测出平面任意残余应力，导致操作不便，效率较低。

发明内容

为克服现有残余应力仪器化压入检测方法在实际工程中应用受限、成本较高、操作不便、效率较低等不足，本发明提出一种针对平面任意残余应力的仪器化球形压入检测方法，本方法高效实用，只需要一次压入测试即可检测出平面任意残余应力两个应力分量的大小和方向。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：

一种平面任意残余应力的仪器化球形压入检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

第一步，采用仪器化压入技术或单轴拉伸试验获取材料力学参量：屈服强度σ_y、屈服应变ε_y和幂硬化指数n；若材料上述参量已知，则可忽略本步骤；

第二步，采用球形压头对有平面任意残余应力试样和无残余应力试样分别进行压入试验，压入深度固定为球形压头半径的0.01倍(即相对压入深度等于0.01)；分别获得在相对压入深度为0.01处，有平面任意残余应力试样和无残余应力试样对应的压入载荷F和F₀，并计算其相对变化值(F-F₀)/F₀；