[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

摘要

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。

主权项

1.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,…,Dzn]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Dzi(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Dzi(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σR’＝PR’*AR’，U1＝CR’*AR’(CR’＝MR*PR’)求出轧制方向的等效残余应力σR’，其中：AR’为待定系数，PR’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σH’＝PH’*AH’，U2＝CH’*AH’(CH’＝MH*PH’)求出横向方向的等效残余应力σH’；5)根据步骤2)至步骤4)所得的结果，求出毛坯的初始残余应力；根据变形叠加原理，利用以下公式：MR*σR’＝MR*σR+MH*σH                   (1)MH*σH’＝MH*σR+MR*σH                   (2)求出σR和σH，即毛坯的初始残余应力；过程如下：a)利用公式(1)和公式(2)可求得如下公式：σR’‑σH’＝(MR‑1*MH‑MH‑1*MR)*σH                   (3)MH‑1*MR*σR’‑MR‑1*MH*σH’＝(MH‑1*MR‑MR‑1*MH)*σR      (4)b)将σH＝PH*AH带入公式(3)，其中：PH为勒让德多项式矩阵，AH为待定系数，则公式(3)变为：σR’‑σH’＝CH*AH                                    (5)其中：CH＝(MR‑1*MH‑MH‑1*MR)*PH；同理，将σR＝PR*AR带入公式(4)，其中：PR为勒让德多项式矩阵，AR为待定系数，则公式(4)变为：MH‑1*MR*σR’‑MR‑1*MH*σH’＝CR*AR                    (6)其中：CR＝(MH‑1*MR‑MR‑1*MH)*PR；c)由应力不确定度最小原则确定公式(5)和(6)中PH和PR的阶数，并求出AR和AH，继而确定σR和σH，其中：σR为轧制方向应力，σH为横向方向应力。