[发明专利]一种基于蠕变轮廓法的残余应力测试方法

权利要求书

1.一种基于蠕变轮廓法的残余应力测试方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)参照《GB/T 10120—2013金属材料拉伸应力松弛试验方法》，将金属材料制成标准试样件，采用金属材料时效应力松弛本构模型其中，σ为应力松弛应力，为应力松弛速率，ε₀为总应变，A、n、m为材料参数，E为材料的弹性模量，设置不同应力水平，在材料试验机上进行金属材料应力松弛试验，获得各应力水平下的应力松弛曲线；

(2)基于有限元软件，将几何模型划分为若干个小块作为“胞元”，以“胞元”初始应力场为输入条件，采用典型的蠕变本构模型其中，为蠕变应变速率，σ为应力，ε为应变，C₁、C₂、C₃、C₄为材料的蠕变参数，T为绝对温度值，根据材料应力松弛应变率与蠕变应变率关系式应用蠕变本构模型代替金属材料热时效数值分析过程，在瞬态分析中求解热时效过程中的应力和变形的演变规律；

(3)基于步骤(2)热时效的数值模拟结果，分析得到多组初始应力场下“胞元”的应力状态规律，建立部分“胞元”定量关系；

(4)基于熵函数和不变矩方法对高温材料的热变形视觉位移识别技术，应用视觉识别相机获得各时间段金属材料热时效实验热变形轮廓值；

(5)应用ISIGHT建立以各“胞元”的初始应力为输入参数的优化迭代仿真模型，同时采用MATLAB检测识别仿真模型轮廓，得到各时间段热时效仿真过程中应力值和热变形轮廓值；

(6)基于步骤(4)和(5)中金属材料热时效中实验轮廓数据和仿真轮廓数据，以各时间段仿真与实测的轮廓误差最小值设置为优化目标，并将最优初始应力场及其计算得到随时间变化的应力场序列，作为最终的应力测量结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于蠕变轮廓法的残余应力测试方法，其特征在于所述金属材料是具有显著蠕变松弛性能的金属材料。

3.根据权利要求1所述的一种基于蠕变轮廓法的残余应力测试方法，其特征在于应用蠕变轮廓方法测量金属试件表面和内部残余应力。

4.根据权利要求1所述的一种基于蠕变轮廓法的残余应力测试方法，其特征在于所述步骤(2)金属材料使用的第一阶段应变强化蠕变模型，采用微软集成开发环境VisualStudio求解金属材料蠕变模型相应参数。

5.根据权利要求1所述的一种基于蠕变轮廓法的残余应力测试方法，其特征在于采用ANSYS有限元软件应用于金属材料的热时效数值分析。

6.根据权利要求1所述的一种基于蠕变轮廓法的残余应力测试方法，其特征在于有限元模型划分的“胞元”，分割“胞元”数与需要测量得到的应力数据条数成正比，针对不同“胞元”的平均应力值，开展多元回归分析，设定相关系数准则，筛选“胞元”，建立部分“胞元”定量关系，从而减小后续迭代计算所需的设计变量数量，提高应力检测效率。

7.根据权利要求1所述的一种基于蠕变轮廓法的残余应力测试方法，其特征在于所述步骤(4)中采用高精度视觉识别相机，应用熵函数和不变矩特征的图像识别算法获得金属热时效的热变形位移测量值，保证变形视觉轮廓识别精度。

8.根据权利要求1所述的一种基于蠕变轮廓法的残余应力测试方法，其特征在于最终的应力测量结果是应用ISIGHT软件及内部的优化算法多次迭代有限元模型“胞元”应力，记录各时间段仿真与实测的轮廓误差e_n，使得e_n为最小值，从而得到最优的初始应力场序列。