[发明专利]一种测量板件单向残余应力的方法

摘要

本发明公开了一种测量板件单向残余应力的方法，步骤为将待测残余应力板件进行打磨，使其表面尽量光滑，然后对其将要测量的表面部分进行喷漆制作散斑；将板件一端固定在试验机上，在垂直残余应力分布的方向确定一条切割线，使用CCD相机沿着切割线拍摄图片作为参考图片；沿着切割线对板件进行分步切割，并且在每一次切割后利用CCD相机对切割部分拍摄图片作为目标图片；通过DIC设备进行数字匹配得出每一次切割后切割部分的垂直位移场，进而通过有限元辅助计算得到相对应每一切割深度下切割部分释放的应力场；将获得的多个应力场求平均值，最终确定板件原始残余应力分布。本发明通过对多个切割深度下所释放的残余应力进行计算，最后取其平均作为评估结果，使得测量精度较现有的切割法有所提升。

主权项

一种测量板件单向残余应力的方法，其特征在于：该方法步骤为：步骤(1)、散斑制作：将待测残余应力板件进行打磨，使其表面尽量光滑，然后对其将要测量的表面部分进行喷漆制作散斑；步骤(2)、拍摄参考图像：将板件一端固定在试验机上，在垂直残余应力分布的方向确定一条切割线，使用CCD相机沿着切割线拍摄图片作为参考图像；步骤(3)、分步切割并拍摄目标图像：沿着切割线对板件进行分步切割，并且在每一次切割后利用CCD相机对切割部分拍摄图片作为目标图像；步骤(4)、数字匹配：通过DIC技术将参考图像与目标图像进行数字匹配得出每一次切割后切割部分的垂直位移场；步骤(5)、计算不同切割深度下的残余应力：通过步骤(4)中测得的每一切割深度下的释放位移及有限元辅助计算得到相对应每一切割深度下切割部分释放的应力场；步骤(6)、确定原始残余应力：将步骤(5)获得的多个应力场求平均值，最终确定板件原始残余应力分布；所述的步骤(1)中散斑大小应适合CCD相机分辨率以及期待的测量精度；所述的步骤(3)中，使用电动切割机沿着切割线对板件进行分步切割；所述的步骤(4)中，为了减少物理切割引起的塑性变形造成的影响，提取距离切槽边缘1mm的测量线(5)上的释放位移u，以此减少物理切割所引起的塑性变形的影响；所述的步骤(5)中，通过每一切割深度测得释放位移u以及有限元辅助计算所得的相应切割深度下位移系数标定矩阵D，代入公式σ＝D‑1·u反推得出每一切割深度下相应残余应力；所述的步骤(5)中，由于有限元模型与实际切割板件在切槽前端有所差异，导致计算所得的不同深度残余应力分布中位于切槽最前端的几点误差较大，需要将最前面一点剔除之后再进行步骤(6)的平均计算；其中，该方法将残余应力场进行离散，基于线弹性叠加原理，切面上[xj‑1,xj]位置的释放位移uj可以表示为[x0,xm]内所有残余应力释放所造成的此处释放位移的线性叠加：uj=Σi=1muji,(1≤j≤m)---(1)]]>其中，uji代表[xi‑1,xi]内的残余应力σi释放后在[xj‑1,xj]产生的释放位移；如果定义[xi‑1,xi]内单位残余应力释放在[xj‑1,xj]产生的释放位移为Dji，那么：uji＝Dji·σi  (2)故而：uj=Σi=1muji=(Dj1,Dj2,...,Djm)·(σ1,σ2,...,σm)T---(3)]]>写成矩阵形式：即：D·σ＝u  (5)残余应力的计算公式为：σ＝D‑1·u  (6)其中，矩阵D可以由有限元软件计算得到；通过公式(6)，每一个切割深度下的残余应力分布均可获得，在此基础上对它们算数平均，以此作为最终的残余应力评估结果，因为多次测量求平均值的方法可以有效地减少测量误差。