[发明专利]一种同步跨尺度残余应力检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及工件残余应力检测领域，特别是涉及一种同步跨尺度残余应力检测方法。

背景技术

在工业生产过程中，无论是各种机械加工过程、强化工艺、不均匀塑性变形还是金相变化都会不可避免的在材料及其制品上产生残余应力。残余应力是一种内应力，这种内应力自相平衡，而且在外力和不均匀的温度场都消失后依然会存留在材料内部。这种内应力对于零件会产生一定的影响，例如疲劳强度、静强度、脆性破坏等。这些影响在普通行业造成的影响较小，然而对一些高精尖产业来讲，任何一种影响都将产生灾难性的后果。所以，合理有效的控制残余应力对于许多产业是十分重要的。若想对残余应力进行合理有效的控制，首先就要有更加准确、合理的测量方法来测量残余应力。

1925年格·马辛、Mura T、达维金科夫H.H分别提出了残余应力的界定方法。根据残余应力的相互影响范围大小可将残余应力分为宏观残余应力(Macro Residual Stresses)和微观残余应力(Micro residual Stresses)。1973年德国学者E.Macherauch又将宏观残余应力称为第一类残余应力，将微观残余应力划归为第二类、第三类残余应力。现有的测量方法只能测量宏观或微观残余应力中的一种，并且只能分开测量，无法同步测量微观与宏观残余应力。因此，残余应力的测量方法仍有待改进，从而实现微观与宏观跨尺度残余应力检测。

发明内容

1.、目的

基于上述背景，本发明设计的一种同步跨尺度残余应力检测方法，将测量微观残余应力的X射线衍射法与测量宏观残余应力的钻孔法相结合，可以同步测量微观和宏观两个尺度上的残余应力。采用不同的方法测量残余应力时，测量结果将存在一定的误差，本发明设计了残余应力的标定方法。将标定的标准试件的残余应力值作为基准，分别对宏观和微观两种测量方法进行修正，实现残余应力跨尺度测量的数值统一。

2、技术方案

本发明采取了如下的技术方案：

应用材料力学和弹性力学经典力学理论，计算试件在受到轴向拉力作用下，内部产生的应力。将计算值，作为残余应力真值，进行残余应力测量方法的标定；

利用X射线衍射法和基于激光散斑干涉的钻孔法，分别从微观和宏观角度测量残余应力；

基于试件在各拉伸状态下的理论应力值，对X射线衍射法和基于激光散斑干涉的钻孔法的测量结果进行修正，使宏观和微观残余应力测量值统一于理论值；

应用修正后的X射线衍射法和基于激光散斑干涉的钻孔法，可以实现残余应力微观和宏观的同步跨尺度检测；

该方案的主要特征是：

以往残余应力测试方法都只能测量宏观或微观残余应力中的一种，并且很难实现宏观和微观残余应力的统一。本方法通过对构造试件的标准残余应力，对测量微观的X射线衍射法和宏观的钻孔法进行标定和修正，将宏观和微观残余应力的测量结果统一，真正实现残余应力的跨尺度测量。

综上所述，本发明一种同步跨尺度残余应力检测方法，该方法的具体操作步骤如下：

步骤一：首先需要对残余应力进行标准化标定。取一无应力、材质均匀的矩形板作为标准试件，将试件两端固定在具有定量拉伸和压缩功能的卡具上；

步骤二：对试件两端施加相同的拉力或压力，使试件处于拉伸或压缩状态，记录载荷力值；

步骤三：利用经典的材料力学和弹性力学计算公式，考虑试件的材料和形状，计算该试件在该拉力下试件的理论应力值，将理论值作为测量值的基准；

步骤四：分别采用X射线衍射法和基于激光散斑干涉的钻孔法测量试件的残余应力，并将测量值与计算的理论值进行对比；

步骤五：改变试件两端的拉力值，并重复步骤三和步骤四，从而获得多种标准应力状态下，两种测量方法与理论值的误差；

步骤六：依据测量结果，建立两种测量方法的测量结果修正公式，使宏观和微观的残余应力测量结果在各个应力水平上都统一于计算的理论值；

步骤七：搭建跨尺度残余应力检测平台，该平台集成X射线衍射残余应力检测设备和基于激光散斑干涉应变识别的钻孔法设备。同时，在平台中加入加载固定装置，用于残余应力标准化标定；

步骤八：应用搭建的检测平台对其他待测试件的残余应力进行检测，并利用修正公式对测量结果进行修正，最终实现残余应力的同步跨尺度测量。

3、优点及效果

(1)本发明对标准试件的加载，利用经典的材料力学和弹性力学公式，计算在不同拉伸状态下试件残余应力的标准理论值，并将其作为残余应力测量的标准值，对不同测量方法进行修正，即提出了残余应力的标定方法。