[发明专利]一种测量残余应力的钻孔位移法

权利要求书

1.一种测量残余应力的钻孔位移法，其特征在于：在钻孔过程中，切除部分与工件基体分离导致孔表面处的结合作用力释放，引起测量点P_N产生位移，其中N为测量点数量，N＝1、2、3、…；根据弹性力学理论，在孔的表面施加原作用力，即切除部分与工件基体间的结合作用力与钻孔应力释放过程是可逆的，据此采用Cerruti力学问题的解，引入孔深修正系数，建立钻孔位置残余应力与测量点位移之间的数学表达式，从而根据测量点P_N的位移测量值计算残余应力。

2.根据权利要求1所述的测量残余应力的钻孔位移法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)钻孔位置的残余应力表示为其中下标i、j是应力张量的角标符号，二维应力状态为残余应力与测量点P_N位移之间的数学表达式为，

式中，κ为孔深修正系数，为第k层孔处残余应力在测量点P_N产生位移的位移传递矩阵，为测量点P_N的位移，二维状态下为

(2)孔深修正系数κ为孔深z的指数衰减函数，表达式为

κ＝A+Be^(-kz)， (2)

式中A、B、k是常数，通过有限元标定数据拟合得到；

(3)位移传递矩阵反映了第k层孔处残余应力与孔表面施加原作用力后P_N点产生位移之间的关系；第k层钻孔位置的残余应力为每层孔厚度为Δz，孔半径为a，则孔圆周表面Q(x₁,y₁,z₁)点处微面元ds的微元作用力为

式中，n_j是面元的单位法向量，作用力分量形式为

式中，α是n_j与x轴的夹角；

二维应力状态，仅考虑xy方向的位移，通过Cerruti力学问题的解求得第k层孔表面微元作用力在测量点P_N产生的位移，孔表面微元作用力在距离为R的测量点P_N(x₂,y₂,z₂)产生的位移u_i分量表达式为

孔表面微元作用力在距离为R的测量点P_N(x₂,y₂,z₂)产生的位移u_i分量表达式为

式中，x＝x₂-x₁，y＝y₂-y₁，z＝z₂-z₁，

公式(5)与公式(6)中相同位移叠加，通过对圆周表面微元作用力积分求得第k层孔表面施加原作用力后测量点P_N产生的位移表达式为，

矩阵形式为，

根据公式(5)与公式(6)，通过积分求得位移传递矩阵表达式为，

(4)孔圆周表面施加原作用力时测量点P_N产生的位移与钻孔应力释放产生位移的过程是互逆的，位移与钻孔过程测量的位移增量大小相等，符号相反即

式中，是钻完第k层孔后测量点P_N的位移测量值；

钻第k+1层孔后，重复以上计算过程，从而计算出不同深度处的残余应力值。