基于切斷彎曲法的復(fù)合材料環(huán)狀零件殘余應(yīng)力測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于切斷彎曲法的復(fù)合材料環(huán)狀零件殘余應(yīng)力測(cè)量方法，將環(huán)狀零件在徑向切斷，并用應(yīng)變片測(cè)得切斷前后內(nèi)外表面的應(yīng)變的變化，并對(duì)切斷后的零件進(jìn)行勻速加載使其彎曲，同時(shí)記錄加載過(guò)程中內(nèi)外表面連續(xù)的應(yīng)變的變化，根據(jù)力以及彎矩平衡的邊界條件，最終得到了零件內(nèi)部環(huán)向以及徑向的殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力測(cè)量方法避免了傳統(tǒng)有損測(cè)量方法需要已知材料特性參數(shù)的缺點(diǎn)，特別是針對(duì)復(fù)合材料內(nèi)部材質(zhì)并不均勻且材料參數(shù)也并不一致的復(fù)雜特性，顯著降低了材料參數(shù)測(cè)量過(guò)程的復(fù)雜程度。
【專利說(shuō)明】 基于切斷彎曲法的復(fù)合材料環(huán)狀零件殘余應(yīng)力測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種基于切斷彎曲法的復(fù)合材料環(huán)狀零件殘余應(yīng)力測(cè)量方法，屬于機(jī)械工程領(lǐng)域中的應(yīng)力測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]復(fù)合材料的殘余應(yīng)力通常是指在制備和加工過(guò)程中殘留在材料內(nèi)部的應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在，將對(duì)復(fù)合材料性能產(chǎn)生巨大影響，如使材料內(nèi)部產(chǎn)生各種缺陷，改變材料的力學(xué)、物理及化學(xué)性能，降低材料的尺寸穩(wěn)定性等，從而嚴(yán)重影響到材料的使用性能及使用壽命。因此，對(duì)復(fù)合材料殘余應(yīng)力的研究與表征，一直是材料研究與應(yīng)用中必不可少的內(nèi)容。在復(fù)合材料領(lǐng)域，為了確保重要復(fù)合材料構(gòu)件在使用過(guò)程中的質(zhì)量、壽命乃至安全，殘余應(yīng)力的控制己成為一項(xiàng)重要的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]由于殘余應(yīng)力對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性的重要影響，在某些關(guān)鍵件的工藝標(biāo)準(zhǔn)中必須測(cè)試其殘余應(yīng)力水平。根據(jù)測(cè)試方法對(duì)被測(cè)試件是否破壞，可將殘余應(yīng)力測(cè)試方法分為有損測(cè)試法和無(wú)損測(cè)試法兩大類。有損測(cè)試法以機(jī)械方法為主，其原理是用機(jī)械加工的方法將材料一部分除去，釋放部分或全部殘余應(yīng)力并造成相應(yīng)的位移與應(yīng)變，再在某些部位測(cè)量這些位移或應(yīng)變，通過(guò)力學(xué)分析推算出原始存在的殘余應(yīng)力。有損測(cè)試法主要包括鉆孔法和環(huán)芯法，其中鉆孔法使用得最多。
[0004]無(wú)損測(cè)試殘余應(yīng)力的方法大多屬于物理方法。這些方法的原理是利用材料中殘余應(yīng)力狀態(tài)引起的某種物理效應(yīng)，建立起某一物理量與殘余應(yīng)力或應(yīng)變間的關(guān)系，通過(guò)測(cè)定這一物理量推算出殘余應(yīng)力。無(wú)損測(cè)試方法主要包括:磁性應(yīng)變法、聲彈性法、X射線衍射、激光拉曼光譜法、中子衍射、同步輻射等一些方法。
[0005]以上各種無(wú)損測(cè)量方法中，它們的適合場(chǎng)合都受到不同程度的限制。例如，通常的X射線衍射無(wú)法深入材料內(nèi)部，中子衍射或同步加速器X射線輻射雖然具有很強(qiáng)的穿透能力，強(qiáng)大的功能，然而這類昂貴的技術(shù)設(shè)備是很稀少的，難以得到普遍應(yīng)用，激光拉曼光譜法以及磁性應(yīng)變法都是針對(duì)特定材料的測(cè)量方法，同步輻射法對(duì)于設(shè)備的要求過(guò)于苛刻，都限制了其廣泛的運(yùn)用。
[0006]有損檢測(cè)方法所需設(shè)備既不昂貴也不苛刻，而且大部分情況下都具有較高的精度，但是其需要被測(cè)零件材料的具體參數(shù)，針對(duì)復(fù)合材料在制造過(guò)程中，其材料的特性往往并不是唯一的，有時(shí)候甚至每層的材料的特性都不一樣，在這種情況下若想用傳統(tǒng)的有損檢測(cè)法測(cè)量符合材料內(nèi)部殘余應(yīng)力是困難重重，無(wú)法測(cè)得其準(zhǔn)確值。傳統(tǒng)的方法通過(guò)將材料一部分除去，釋放部分或全部殘余應(yīng)力并造成相應(yīng)的位移與應(yīng)變，再在某些部位測(cè)量這些位移或應(yīng)變，通過(guò)力學(xué)分析推算出原始存在的殘余應(yīng)力，這過(guò)程需要測(cè)量復(fù)合材料的一些特性，如彈性模量和泊松比等，而復(fù)合材料的這些特性往往不是唯一的，其在制造過(guò)程中往往受到諸多因素的影響，無(wú)法保證最終零件的材料特性是唯一的，有時(shí)候甚至同一零件的每層材料的特性都是相異的，因此具體材料參數(shù)的測(cè)量中所固有的困難導(dǎo)致了傳統(tǒng)的殘余應(yīng)力有損測(cè)量方法受到了很嚴(yán)重的制約。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于切斷彎曲法的復(fù)合材料環(huán)狀零件殘余應(yīng)力測(cè)量方法，通過(guò)對(duì)徑向切割后的零件進(jìn)行彎曲實(shí)驗(yàn)，測(cè)得零件的剛度，并同時(shí)得到彎矩和應(yīng)變的關(guān)系，通過(guò)零件被徑向切割前后測(cè)得的應(yīng)變的變化，可以計(jì)算得到零件的內(nèi)彎矩值，再根據(jù)測(cè)得的零件的剛度和其內(nèi)彎矩值計(jì)算得零件的殘余應(yīng)力。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
[0009]基于切斷彎曲法的復(fù)合材料環(huán)狀零件殘余應(yīng)力測(cè)量方法，包括如下步驟:
[0010]步驟一、在環(huán)狀零件的中部沿同一半徑方向的內(nèi)外表明上分別貼上應(yīng)變片，測(cè)量環(huán)狀零件內(nèi)外表面的環(huán)向應(yīng)變；
[0011]步驟二、在環(huán)狀零件上，與應(yīng)變片黏貼處位于同一條直徑上且相對(duì)的位置，將環(huán)狀零件切斷，使環(huán)狀零件的內(nèi)彎矩完全釋放；
[0012]步驟三、讀取環(huán)狀零件室溫下的應(yīng)變值，檢測(cè)得出環(huán)狀零件被切割前后其內(nèi)表面的環(huán)向應(yīng)變變化八< 以及外表面環(huán)向應(yīng)變變化Ag ;
[0013]步驟四、對(duì)切斷后的環(huán)狀零件施加拉力，使其彎曲，拉力的作用點(diǎn)所在直徑與應(yīng)變片黏貼處所在直徑成90°角，以恒定的速率增加拉力，記錄拉力值以及內(nèi)外表面的應(yīng)變
4、4隨時(shí)間連續(xù)變化的趨勢(shì)，具體計(jì)算方法如下:
[0014]將作用于應(yīng)變片處的彎矩值表示為:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.基于切斷彎曲法的復(fù)合材料環(huán)狀零件殘余應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、在環(huán)狀零件的中部沿同一半徑方向的內(nèi)外表面上分別貼上應(yīng)變片，測(cè)量環(huán)狀零件內(nèi)外表面的環(huán)向應(yīng)變； 步驟二、在環(huán)狀零件上，與應(yīng)變片粘貼處位于同一條直徑上且相對(duì)的位置，將環(huán)狀零件切斷，使環(huán)狀零件的內(nèi)彎矩完全釋放； 步驟三、讀取環(huán)狀零件室溫下的應(yīng)變值，檢測(cè)得出環(huán)狀零件被切割前后其內(nèi)表面的環(huán)向應(yīng)變變化八< 以及外表面環(huán)向應(yīng)變變化Ai ; 步驟四、對(duì)切斷后的環(huán)狀零件施加拉力，使其彎曲，拉力的作用點(diǎn)所在直徑與應(yīng)變片粘帖處所在直徑成90°角，以恒定的速率增加拉力，記錄拉力值以及內(nèi)外表面的應(yīng)變4、4隨時(shí)間連續(xù)變化的趨勢(shì)，具體計(jì)算方法如下: 將作用于應(yīng)變片處的彎矩值表示為:
2.如權(quán)利要求1所述的基于切斷彎曲法的復(fù)合材料環(huán)狀零件殘余應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于:在步驟二中，當(dāng)切割后環(huán)狀零件的內(nèi)彎矩使得切割面緊閉時(shí)，則對(duì)環(huán)狀零件進(jìn)行再一次切割。
3.如權(quán)利要求1所述的基于切斷彎曲法的復(fù)合材料環(huán)狀零件殘余應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于:在步驟一中，對(duì)應(yīng)變片用704硅膠進(jìn)行密封。
4.如權(quán)利要求1所述的基于切斷彎曲法的復(fù)合材料環(huán)狀零件殘余應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于:在步驟二中，在對(duì)環(huán)狀零件進(jìn)行切斷時(shí)，將貼應(yīng)變片置于水中進(jìn)行冷卻。
5.如權(quán)利要求1所述的基于切斷彎曲法的復(fù)合材料環(huán)狀零件殘余應(yīng)力測(cè)量方法，其特征在于:在步驟四中， 使用材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)切斷后的環(huán)狀零件進(jìn)行施力，材料試驗(yàn)機(jī)的加載速率為 0.lmm/min。
【文檔編號(hào)】G01L1/00GK103994842SQ201410248026
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】周兆鋒, 倪驍驊, 湯沛, 夏文勝, 劉虎 申請(qǐng)人:鹽城工學(xué)院