[发明专利]一种基于板壳理论的剥层法残余应力测量值的修正方法

摘要

为了提高剥层法的对材料内部残余应力的测量精度，提出一种基于板壳理论的剥层法残余应力测量值的修正方法。本发明基于弹性力学和板壳理论，推导了材料去除过程中材料内部的残余应力释放的计算方法，从而建立逐层剥去的表面残余应力与该层初始残余应力的换算关系，在已知剥层后各表面残余应力的情况下，即可反算得到该层的初始残余应力。

主权项

一种基于板壳理论的剥层法残余应力测量值的修正方法，基于弹性力学和板壳理论，推导了剥层法测量残余应力过程中，工件的变形和重分布情况，利用变形和应力重分布公式，建立了剥层法测量值和初始残余应力值(修正值)的定量关系。本发明具有以下优点：(1)本发明提出的修正方法基于弹性力学和板壳理论，考虑了两个方向残余应力的耦合作用，比传统基于材料力学提出的修正方法更加接近实际，具有更高的修正精度；(2)按本发明说明书编制修正程序，即可形成剥层法的修正方法。编制的程序简单实用，计算效率远高于基于有限元方法的修正方法。该方法的具体步骤如下：步骤一：取一待测的矩形板工件，设其厚度为H，测量其外表面应力值，可获表层X方向和Y方向的应力值。将测得工件表层的X方向应力记为σx0,1，X方向应力记为σy0,1。残余应力的测量方法可采用X射线衍射法、钻孔法、纳米压痕法中的一种；步骤二：将待测工件假想地分为n层，利用机械铣削、化学铣削等方法，去除待测工件表面厚度为t的一层，t＝H/n。步骤三：测量剥去一层后工件表面的应力，获得X和Y方向的应力值，记为Sx1和Sy1；步骤四：重复步骤二和步骤三，逐层剥去试件材料，并测量其表面两个方向的应力。当需要沿工件表面k层深度方向内的残余应力时，需要剥去k‑1层，并测量k次表面应力，获得σx0,1,σx1,1,σx2,1,…,σx,k‑1,1和σy0,1,σy1,1,σy2,1,…,σy,k‑1,1。步骤五：根据公式(1)‑(3)计算，利用σx0,1和σy0,1计算ax1,ay1,Sx1,Sy1，再通过公式(4)‑(7)，计算中间变量Sx1,1和Sy1,1，进而得到σx0,2和σy0,2。其中，σx0,2和σy0,2即为工件第二层内的残余应力，即剥层法测量残余应力的修正值。步骤六：同理第五步，利用公式(8)‑(11)可以算得工件第3至n层试件的初始残余应力的X方向应力值σx0,3,σx0,4,…,σx0,n，Y方向应力值σy0,3,σy0,4,…,σy0,n同理可得。ax1=ay1=h2(3h1+h2)6h1,---(1)]]>Sx1=-(3h1+h2)tσx01h22,---(2)]]>Sy1=-(3h1+h2)tσy01h22,---(3)]]>σx0,2＝σx1,1+Sx1,1  (4)Sx1,1=Sx1ax1(ax1-t2)---(5)]]>σy0,2＝σy1,1+Sy1,1  (6)Sy1,1=Sy1ay1(ay1-t2)---(7)]]>axi=ayi=hi+1(3hi+hi+1)6hi,---(8)]]>Sxi=-(3hi+hi+1)tσx,i-1,1hi+12,---(9)]]>Sx,i,j=Sxiaxi[axi-(j-i+t2)],(j=i,i+1...,n-1),---(10)]]>σx,0,i+1=σx,i,1+Σk=1iSx,k,i---(11)]]>式(8)‑(11)中，i＝2,3…,n‑1。