[发明专利]一种测量弯管残余应力的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字散斑相关和钻孔技术相结合测量弯管残余应力的装置和方法，属于实验力学、残余应力检测技术领域。

背景技术

弯管在由直管加工而成的过程中，将受到来自各种外力作用与影响；当这些外力消失之后，构件内将产生塑性变形，塑性变形的影响使外力对构件的作用不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，由此弯管内残存了较大的残余应力。目前对残余应力的测定主要使用电测钻孔法，在要测构件上钻一个孔，使构件在孔周围的残余应力得到释放，通过应变片测得应变的释放量，从而反推残余应力值，但是此种方法每次测量都要贴应变片，工序较为繁琐。数字散斑相关方法是一种基于物体表面散斑图像灰度分析，从而获得物体运动和变形信息的新型光测方法。亟待开发一种数字散斑相关与钻孔技术相结合的方法，能更为方便地检测残余应力。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量弯管残余应力的实验装置及方法，通过数字散斑相关和钻孔技术相结合的方法，使其能对主应力方向已知的弯管试件的残余应力进行精确测量。

本发明的技术方案如下：

一种测量弯管残余应力的实验装置，其特征在于：该装置包括CCD相机、支架、电动平移台、含有数字散斑相关软件的计算机、钻孔装置、照明用的冷光源，以及用于固定试件的夹具；所述的CCD相机和冷光源设置在电动平移台上方，且固定于支架上；支架在电动平移台上左右平移；所述固定试件的夹具设置在电动平移台的一端；CCD相机和电动平移台通过控制线路与计算机连接。

利用本发明可实现弯管残余应力的测量，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)在弯管表面喷上黑白相间的漆斑；

2)利用夹具将弯管固定，使试件上的待测点所在的平面水平朝上；

3)将CCD相机对准待测点，调节该CCD相机的位置和焦距，使待测点在CCD相机视场的中间成清晰的图像，标定每一毫米在图像中对应多少个像素点，拍一幅照片；

4)用电动平移台移动支架，将CCD相机移开，在待测点处钻一个小孔，然后使CCD相机精确复位，再拍一幅照片；

5)用数字散斑相关软件计算出钻孔前后的X方向和Y方向的位移场，得出小孔边缘两个垂直方向上的张开位移；

6)由张开位移利用下列公式反推试件被测点处的残余应力：

假设W₀和W₉₀分别为X方向和Y方向的张开位移，计算张开位移区域到待测孔中心的距离为r，则X方向主应力σ_X，Y方向主应力σ_Y分别为：

σX=EBW0-BW90-DW0-DW902(BC-AD),]]>σY=EAW0-AW90-CW0-CW902(AD-BC)]]>

其中E为构件的弹性模量，A、B、C、D用如下公式计算：