[发明专利]一种基于盲孔法测曲面残余应力的测量方法

说明书

本发明提供的一种基于盲孔法测曲面残余应力的测量方法，包括以下步骤：所述曲面包括凸球面和凹球面，所述方法包括以下步骤：分别建立凸球面模型和凹球面模型，并进行钻孔模拟，根据钻孔模拟过程中得到的敏感栅范围内所有节点的应变数据，得到应变释放系数a,b的表达式；根据应变释放系数a,b的表达式得到0°、45°和90°三个方向的应力应变关系式；利用盲孔法测量残余应力沿着0°、45°和90°三个方向的应变，根据每条应变方向插值算出对应的应变释放系数a,b的值，然后根据三向残余应力应力应变关系式即可分别得到在0°、45°和90°三个方向上的残余应力。本发明可以提高曲面时残余应力测量的精确度。

技术领域

本发明涉及应力测量技术领域，尤其是一种基于盲孔法测曲面残余应力的测量方法。

背景技术

盲孔法测量残余应力由于其较高的精度和近乎无损的测量过程，在实际生产中广泛应用，以监测工件关键部位的残余应力水平。盲孔法从1934年被德国学者Mather提出以来，近年得益于计算机数值模拟技术，测量和计算过程愈发成熟。

中国专利申请“一种焊接转子残余应力的测量方法(CN201210458024.2)”中提供了的测量方法包括步骤：1)测量试样内外表面的残余应力，然后在试样正反面各加工矩形槽，测量矩形槽底面的残余应力，重复在矩形槽底面加工矩形槽并测量其底面的残余应力直至总的测量深度大于试样壁厚的0.5倍；2)对步骤1)得到的结果进行对称分布处理，得到其残余应力，最后将得到整个试样的残余应力用等值线绘制成残余应力分布云图。但现有测量方法没有考虑被测表面形状带来的影响，尽管包括焊缝、管壁等常见被测面都是非平面的。盲孔法测量的是小孔范围内的应力，曲面上钻孔与平面的差异不大，但应变片测量的是外表面的应变，形状因素直接改变了测量范围，因此有必要对此进行定量的研究。

发明内容

为了克服现有的残余应力测量方法的不足，本发明提供了一种基于盲孔法测曲面残余应力的测量方法。

为了实现本发明目的，本发明提供一种基于盲孔法测曲面残余应力的测量方法，包括以下步骤：

分别建立凸球面模型和凹球面模型，并进行钻孔模拟，根据钻孔模拟过程中得到的敏感栅范围内所有节点的应变数据，得到应变释放系数a,b的表达式；

根据应变释放系数a,b的表达式得到0°、45°和90°三个方向的应力应变关系式；

利用盲孔法测量残余应力沿着0°、45°和90°三个方向的应变，根据每条应变方向插值算出对应的应变释放系数a,b的值，然后根据三向残余应力应力应变关系式即可分别得到在0°、45°和90°三个方向上的残余应力。

进一步地，所述分别建立凸球面模型和凹球面模型，并进行钻孔模拟，根据钻孔模拟过程中得到的敏感栅范围内所有节点的应变数据和D_h与钻深h的关系式分别得到应变释放系数a,b的表达式，具体包括：

在软件ANSYS中分别建立凹、凸球面三种模型，并对每个模型进行网格划分；

输入材料参数，设置边界条件；

通过inistate命令在模型各节点上加载初始应力，以预设的下钻速度依次令每组单元刚度为0；

通过后处理POST1模块获得敏感栅范围内所有节点的应变数据，结合测量位置与应力释放孔处的距离D_h与钻深h的关系式，得到应变释放系数a,b的表达式如下：

式中，E为材料的弹性模量，μ为材料的泊松比，ε₁、ε₃分别为x,y方向上面积内的平均应变。

进一步地，所述分别建立凹、凸球面三种模型中，凹凸球面各建立了多个不同曲率半径的模型，且每个模型仅建立1/4对称的模型。