[发明专利]一种铝合金预拉伸板内部残余应力的测试方法

说明书

本发明提供了一种铝合金预拉伸板内部残余应力的测试方法，能够精确地测试应用于航空制造领域的铝合金板材内部残余应力分布，相比现有的裂纹柔度法，可以使有限元模拟的应变与实测的应变完全相同，相对于现有技术具有显著提高测试精度等诸多有益效果。

技术领域

本发明涉及铝合金材料的应力测试领域，尤其涉及一种铝合金预拉伸板内部残余应力的测试技术。

背景技术

在现代航空制造中，由铝合金材料等的大型毛坯直接加工而成的大型航空薄壁结构件的使用越来越广泛，但由于作为毛坯材料的铝合金预拉伸板内部存在分布不均的残余应力，在加工过程中随着毛坯材料的去除，内部残余应力不断释放并达到新的平衡，容易使工件发生变形。结构件的加工变形会对零件的服役性能以及后续零件装配产生不小的负面影响，而由此造成的返修甚至是零件报废则会导致巨大的经济损失。因此，对铝合金预拉伸板内部残余应力进行精密测试，为预测和抑制结构件加工变形提供支持是很有必要的。目前，常用的厚板内部残余应力的测试方法为裂纹柔度法，该方法通过在板材上加工一条裂纹，测出随着裂纹深度增加时板材某一点的应变，反推残余应力的分布。在数据处理上，裂纹柔度法用插值多项式载荷下的有限元计算应变来拟合实测应变，再用获得的拟合参数拟合应力分布。然而，这种处理方法尚不能实现有限元计算应变与实测应变一一对应，并且需要对插值多项式阶次进行比较选择，存在计算复杂的缺点。

发明内容

针对上述本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种铝合金预拉伸板内部残余应力的测试方法，具体包括以下步骤：

步骤一、制备铝合金预拉伸板试件；

步骤二、在所述试件上的相应位置布置应变片；

步骤三、装夹所述试件；

步骤四、通过线切割机对所述试件进行切割，在所述线切割机的电极丝每次进给后，记录每组应变片稳定时的应变数据，并进行下一次进给；

步骤五、对所述试件建模模拟切缝的产生过程，采用有限元分析软件ABAQUS计算所述试件的柔度；

步骤六、基于所述步骤五中得到的所述试件的柔度以及所述步骤四中所记录的应变数据，求解得到所述试件的残余应力分布。

进一步地，所述步骤一所述的制备试件具体包括：截取一定长度的预拉伸板作为试件，所述试件的长度方向x与待测应力分量方向平行；以所述试件长度方向x和厚度方向z形成的一个面为第一基准面；以所述试件宽度方向y和厚度方向z形成的一个面为第二基准面；将所述试件长度方向x和宽度方向y形成的面标记为正面，并将所述正面的对面记为反面。

进一步地，所述步骤二所述的布置应变片具体包括：在所述反面布置3个应变片，使其测试方向沿所述试件长度方向x，并以所述反面竖直对称线对称；在所述正面布置1个应变片，使其测试方向沿所述试件长度方向x；另取一块试件作为温度补偿件。

进一步地，所述步骤三中夹装所述试件具体包括：将所述试件的所述第一基准面置于线切割机工作台上，使电极丝进给方向与所述正面的法线方向平行，并从正面切入；将电极丝与所述正面的竖直对称线对齐，使布置于所述正面的应变片一侧处于悬空状态，并夹紧所述试件。

进一步地，所述步骤五中对所述试件建模模拟切缝的产生过程，采用有限元分析软件ABAQUS计算所述试件的柔度，具体包括：

(1)、根据试件的对称性，以线切割的切缝为对称轴，对所述试件的一半建立的二维平面模型，并输入相应材料的弹性模量和泊松比；

(2)、采用八节点平面应变单元，设定试件左侧网格间距为切缝宽度的一半，长度为每次切割深度，以及设定其余网格从左往右过渡的网格间距；

(3)、约束模型左侧x方向和z方向的位移自由度作为边界条件；