[发明专利]基于变形测试的毛坯初始残余应力高精度反求方法

说明书

本发明公开了一种基于变形测试的毛坯初始残余应力高精度反求方法，根据铝合金毛坯板的厚度，确定待测零件的变形测量点，并利用有限元法获得测量点的柔度矩阵；利用三坐标测量机测得零件测量点的实际变形值；运用高速加工将待测零件加工至尺寸要求，求出轧制方向和横向方向的等效残余应力；求出零件轧制方向和横向方向的残余应力。本发明毛坯初始残余应力测试的方法流程中，勒让德多项式阶数的确定有应力不确定度最小原则确定，具体可参考裂纹柔度法应力不确定度的计算方法。提供的方法简单，测量精度高，而且易于现场实现。

技术领域

本发明涉及残余应力测试技术，具体为一种基于变形测试的毛坯初始残余应力高精度反求方法。

背景技术

在铝合金航空整体结构件的加工过程中，毛坯初始残余应力被认为是影响加工变形的最主要原因。为了能够准确测量铝合金厚板内部的残余应力，国内外的科研人员在这个领域中已经做了大量的研究工作。经过几十年的发展，各种残余应力测试方法不断出现和完善。根据测试方法是否对被测工件造成破坏，将残余应力测试方法分为有损测试法和无损测试法。例如中子衍射法、裂纹柔度法、层剥法、轮廓法等。

然而，这些测试方法有的测试设备昂贵，有的只能测工件表面应力，有的测试精度不高，有的不适合生产现场使用，应用性不强。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过试样变形来反推残余应力的测试方法，克服现有测试方法实用性不强、误差大的缺点。

本发明采用以下技术方案实现上述目的。基于变形测试的毛坯初始残余应力高精度反求方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据铝合金毛坯板的厚度，确定待测零件，且该待测零件在铝合金毛坯板中须贯穿毛坯厚度；

2)确定所述待测零件的变形测量点，并利用有限元法获得测量点的柔度矩阵：

利用有限元软件将所述待测零件沿毛坯厚度方向等分为n层并划分网格，单元类型使用二阶单元；沿毛坯厚度方向，在所述待测零件上选择n个点做为测量点；令Dz＝[Dz₁,Dz₂,…,Dz_n]为单位矩阵，对所述待测零件的轧制方向按层施加单位残余应力Dz_i(i＝1…n)，获得测量点位置法线方向的变形值，即柔度矩阵MR；同理，对所述待测零件的横向方向按层施加单位残余应力Dz_i(i＝1…n)，获得测量点位置法线方向的变形值，即柔度矩阵MH；其中：MR和MH均为n*1的矩阵；

3)利用三坐标测量机测得所述待测零件测量点的实际变形值：

将铝合金毛坯板沿轧制方向和横向方向各加工出一个所述待测零件，使所述待测零件实际测量点的位置与步骤2)中有限元法选定的测量点的位置相对应，用三坐标测量机直接测量或换算出测量点位置法线方向的变形U1和U2；其中：U1为沿轧制方向所述待测零件的测量点位置n*1的变形矩阵，U2为沿横向方向所述待测零件的测量点位置n*1的变形矩阵；

4)根据步骤2)和步骤3)所得的结果，分别求出铝合金毛坯板轧制方向和横向方向的等效残余应力；

利用公式σ_R’＝P_R’*A_R’，U1＝C_R’*A_R’(C_R’＝MR*P_R’)求出轧制方向的等效残余应力σ_R’，其中：A_R’为待定系数，P_R’为勒让德多项式矩阵，其阶数由应力最小不确定度确定；

同理，运用公式σ_H’＝P_H’*A_H’，U2＝C_H’*A_H’(C_H’＝MH*P_H’)求出横向方向的等效残余应力σ_H’；