一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法与流程

本发明涉及残余应力，具体涉及一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法。

背景技术：

1、工程构件制造、服役过程中，受到热应力、相变应力和收缩应力等因素的作用和影响，不可避免产生残余应力，对结构或构件的服役性能(疲劳强度、抗脆断能力、抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂的能力)、结构刚度和稳定性产生影响，因此，发展可靠的残余应力测试方法，准确测试出关键部件的残余应力状态和大小，对及时评估其服役性能和确保服役安全尤为重要。与传统有损残余应力检测法(钻孔法、环芯法、切槽法和逐层铣削法等)相比，压入试验方法因其具有微损、微区域化等优势受到广泛关注，具有较好的应用前景。

2、目前，基于压入技术的残余应力检测方法，根据压头的几何形状有锥形压入法、球形压入法。已有的锥形压入法常将不可直接测量的压入接触面积作为残余应力分析参量，影响其测试精度；而已有的球形压入法主要依赖于经验观察法，缺乏理论支撑，尚不便于工程实际应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法，解决现有技术中锥形压入法测试精度低、球形压入法缺乏理论支撑，尚不便于工程实际应用等技术问题。

2、本发明公开了一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法，包括以下步骤：

3、步骤1：计算被测材料在无残余应力状态下的柱平面压入试验位移h＝0.2d对应的载荷值p0│h＝0.2d；

4、步骤2：获得有残余应力试样在压入深度h/d＝0.2处对应的载荷pr│h＝0.2d，并计算其与无残余应力试样h＝0.2d对应的载荷值p0│h＝0.2d的相对变化值(pr│h＝0.2d-p0│h＝0.2d)/p0│h＝0.2d；

5、步骤3：将材料力学性能参数和载荷相对差值(pr│h＝0.2d-p0│h＝0.2d)/p0│h＝0.2d代入式(1)，计算被测材料的残余应力σr，正值表示拉向残余应力，负值表示压向残余应力；

6、

7、式中，σy和εy分别为名义屈服强度和屈服应变，且σy0＝eεy0，e为材料弹性模量，n为应变硬化指数，d为平面压头直径，α、ai(i＝0,1,2)、bi(i＝0,1,2)和ci(i＝0,1)为模型常数。

8、进一步的，所述材料力学性能参数采用平面压入技术获取。

9、进一步的，所述材料力学性能参数采用标准单轴拉伸试验获取。

10、进一步的，所述被测材料无残余应力状态下的柱平面压入弹塑性阶段载荷-位移曲线满足良好幂律，即

11、

12、式中，k1～k4和dij(i＝0,1,2；j＝0,1)为模型常数，c和m分别为加载系数和加载指数。

13、进一步的，将h＝0.2d和材料力学性能参数(e,σy,εy和n)代入式(2)中，计算获得p0│h＝0.2d。

14、进一步的，获得有残余应力试样压入载荷-位移曲线pr～hr。

15、进一步的，通过所述载荷-位移曲线pr～hr，得到pr│h＝0.2d。

16、进一步的，所述压入载荷-位移曲线pr～hr采用柱平面压头对相同材料的残余应力试样进行压入试验获得。

17、进一步的，所述压入试验中压入深度为柱平面压头直径d的0.2倍。

18、本发明第二个目的是保护一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法的应用，用于航空航天、核电或油气运输领域服役结构残余应力的获取。

19、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

20、1.本发明方法通过单个圆柱平面压头对含局部均匀残余应力的材料表面进行准静态压入试验获得连续的载荷-位移曲线，经简单处理即可获得材料构件表面残余应力，克服了现有压入残余应力测试需要现有锥压残余应力测定方法的接触面积难以直接测量以及球压残余应力依赖复杂的多级经验拟合方程等不足。模型参数较少，求解方式简单方便，预测效果良好且具有普适性，便于普及和应用。

21、2.特别对航空航天、核电、油气运输等工程领域广泛存在的服役结构残余应力的获取具有重要意义。

技术特征：

1.一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法，其特征在于：所述材料力学性能参数采用平面压入技术获取。

3.根据权利要求1所述的一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法，其特征在于：所述材料力学性能参数采用标准单轴拉伸试验获取。

4.根据权利要求1所述的一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法，其特征在于：所述被测材料无残余应力状态下的柱平面压入弹塑性阶段载荷-位移曲线满足良好幂律，即

5.根据权利要求4所述的一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法，其特征在于：将h＝0.2d和材料力学性能参数代入式(2)中，计算获得p0│h＝0.2d。

6.根据权利要求1所述的一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法，其特征在于：获得有残余应力试样压入载荷-位移曲线pr～hr。

7.根据权利要求6所述的一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法，其特征在于：通过所述载荷-位移曲线pr～hr，得到pr│h＝0.2d。

8.根据权利要求6所述的一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法，其特征在于：所述压入载荷-位移曲线pr～hr采用柱平面压头对相同材料的残余应力试样进行压入试验获得。

9.根据权利要求8所述的一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法，其特征在于：所述压入试验中压入深度为柱平面压头直径d的0.2倍。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法的应用，其特征在于：用于航空航天、核电或油气运输领域服役结构残余应力的获取。

技术总结
本发明提供一种基于柱平面压入技术的残余应力测试方法，属于残余应力技术领域，包括以下步骤：步骤1：计算被测材料在无残余应力状态下的柱平面压入试验位移h＝0.2D对应的载荷值P<subgt;0</subgt;│<subgt;h＝0.2D</subgt;；步骤2：获得有残余应力试样在压入深度h/D＝0.2处对应的载荷P<subgt;R</subgt;│<subgt;h＝0.2D</subgt;，并计算其与无残余应力试样h＝0.2D对应的载荷值P<subgt;0</subgt;│<subgt;h＝0.2D</subgt;的相对变化值(P<subgt;R</subgt;│<subgt;h＝0.2D</subgt;‑P<subgt;0</subgt;│<subgt;h＝0.2D</subgt;)/P<subgt;0</subgt;│<subgt;h＝0.2D</subgt;；步骤3：将材料力学性能参数和载荷相对差值(P<subgt;R</subgt;│<subgt;h＝0.2D</subgt;‑P<subgt;0</subgt;│<subgt;h＝0.2D</subgt;)/P<subgt;0</subgt;│<subgt;h＝0.2D</subgt;代入式(1)，计算被测材料的残余应力σ<subgt;R</subgt;，正值表示拉向残余应力，负值表示压向残余应力；式中，σ<subgt;y</subgt;和ε<subgt;y</subgt;分别为名义屈服强度和屈服应变，且σ<subgt;y0</subgt;＝Eε<subgt;y0</subgt;，E为材料弹性模量，n为应变硬化指数，D为平面压头直径，α、a<subgt;i</subgt;(i＝0,1,2)、b<subgt;i</subgt;(i＝0,1,2)和c<subgt;i</subgt;(i＝0,1)为模型常数。

技术研发人员：蔡力勋,韩光照
受保护的技术使用者：成都微力特斯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12