[发明专利]一种能准确测量高温应力应变的方法

说明书

                        技术领域

本发明涉及一种能准确测量高温应力应变的方法。

                        背景技术

目前金属材料在高温下工作性能测量，大部分是按照一定规范加工成标准试样，在实验室的高温炉里测试其性能。但是这些技术仪可用于实验室基础研究，不能在工业、航空领域现场进行测量，以解决构件在高温工作下产生的装配应力。在高温下进行应变测量用得是电阻应变片，高温电阻应变片是由特殊金属丝材料制成，随着温度上升，应变片的电阻值也会上升或下降，这就是热输出，每个高温应变片的热输出都不一致，差别很大。而在厂家生产高温应变片时只标明电阻值、灵敏系数，不标明热输出值，所以导致测量误差大。

                       发明内容

本发明的目的是提供一种能准确测量高温应力应变的方法，它适用于在高温环境下，对构件现场进行测量，不仅能现场测出材料的高温应变，而且根据被测应变，能准确将机械应变和热输出值区分出来。

本发明是这样来实现的，其方法步骤为：(1)高温应变片热输出的标定：测量前将每个应变片放在数控高温炉内，由室温升至其额定温度后随炉冷却，相同条件循环2-3次老化后，取出高温应变片焊上高温导线与实测时的静态电阻应变仪接成半桥，采用同一互补偿的温度补偿方法，由室温逐步升至额定温度，记录下每相隔10℃时的热输出值并画出曲线，相同条件连测两次，计算时取其平均值，在处理测量数据时必须计及相关应变片的热输出值。这一步是使应变片的热输出值在高温下趋于稳定，经过4-5次高温老化处理后，高温应变片热输出曲线重合性很好稳定在接近的数值内；(2)将高温应变片点焊到高温构件表面；(3)升温至额定温度每隔20℃记录下每片输出的应变值；(4)将各点不同温度下应变数据作修正，包括高温导线电阻修正、应变片热输出修正和灵敏系数修正；(5)应力计算：将各点修正后的应变值代入公式计算出构件产生的应力。

本发明的技术效果：它适用于在高温环境下对构件现场进行测量，尤其在发电厂的高温高压蒸汽管道，蒸汽涡轮发动机和喷汽发动机在高温静动态加载下工作的零部件，它不仅能现场测出材料的高温应变，而且根据被测应变能准确将机械应变和热输出值区分出来。

                  具体实施方式

本发明是这样来实现的，其方法步骤为：

(1)高温应变片热输出的标定，每个高温应变片都有不同的热输出值，测试前必须经过实验室标定，而被测物体的应变也是通过专测应变的仪器——静态电阻应变仪显示出来，因此，必须将应变片的热输出值和被测物体应变值区分出来，以求得精确的机械应变值。具体操作如下：测量前将每个应变片放在数控高温炉内，由室温升至其额定温度后随炉冷却，相同条件循环2-3次老化后，取出高温应变片焊上高温导线与实测时的静态电阻应变仪接成半桥，采用同一互补偿的温度补偿方法，由室温逐步升至额定温度，记录下每相隔10℃时的热输出值并画出曲线，相同条件连测两次，计算时取其平均值，在处理测量数据时必须计及相关应变片的热输出值。这一步是使应变片的热输出值在高温下趋于稳定，经过4-5次高温老化处理后，高温应变片热输出曲线重合性很好稳定在接近的数值内。

(2)将高温应变片点焊到高温构件表面。

(3)升温至额定温度每隔20℃记录下每片输出的应变值。

(4)将各点不同温度下应变数据作修正，包括高温导线电阻修正，应变片热输出修正和灵敏系数修正。

高温导线电阻修正

电阻应变片的阻值假设为由于测量的需要连接了1.5米长的高温导线，使每个应变片的阻值增加了其修正系数为修正后的应变值为为应变读数。

应变片热输出修正

热输出是高温应变片的一项重要指标，各应变片热输出值之间有一定的分散度，修正公式为式中和分别是同一温度工作片和补偿片的热输出值。

灵敏系数修正

由于电阻应变仪的灵敏系数是设定后不可变，其数值假设为500℃时，K＝2.47，而高温应变片的灵敏系数一般随温度上升而下降，为此需作修正式中K₁是计算温度灵敏系数，实际应变值为

(5)应力计算，将各点修正后的应变值代入公式计算出构件产生的应力。

经修正后的实际应变分别代入物理方程计算应力，当主应力方向已知时，即应变相应的最大主应力为最小主应力为片方向与主应力方向夹角为0°

当两个主应力方向未知时，即代表横向(径向)，代表轴向，代表45°斜向，主应力和方向分别是最大主应力为最小主应力为方向为式中是最大主应力_max与之间的夹角，逆时针方向为正，顺时针方向为负。计算中各温度时的E_t和μ_t查表可得到。