残余应力测量研究现状综述

针对残余应力测量的重要性,对其测量方法进行综述和展望。阐述传统的残余应力测量方法的原理及应用情况,包括传统机械释放法和非破坏性无损伤测量法;主要介绍几种新型的残余应力测量方法及其原理;并指出残余应力的测量技术正朝着无损、在线测量、绿色等方向发展。     

材料三维残余应力测量的新方法

提出了一种新的材料残余应力的测量方法。该方法的测量原理是由材料加工后相对体积变化定量的测量,得到其残余应力的定量结果。由此,材料的残余应力将造成体积变化,此体积变化可以由比容的精确测量得到。基于弹性虎克定律从原理上推导了体积变化得出了残余应力的计算公式。在此基础上,应用该新方法对一种Al-Cu合金的残余应力状态进行了定量测量及表征,结果表明:结合传统的表面应力测量方法,再由应力应变关系的弹性虎克定律,可得出材料三维残余应力。该新方法可用于材料三维残余应力的精确测量,为残余应力的研究提供了一种新的精确且定量的分析测量方法。     

由X射线穿透深度简易测量残余应力

X射线测量应力一般是用特性X射线穿透深度相应的一种加权平均值来评定材料表面的应力.对由压延和磨削加工等产生表层应力梯度的材料,要测量其残余应力分布,用经典的sin~2(?)法评定是困难的.因此,为评定这类应力分布,已提出多种新的测量方法.本研究是根据两种特性X射线对金属的不同穿透深度,无损测量表层残余应力深度方向分布的简易方法.此法可用于测量木材加工用的带形锯钢材(JIS SKS51)在压延加工、热处理及磨削加工后所产生的残余应力.为研究简易法的实用性,也用逐层削薄法精测了深度方向上的残余应力分布的变化.此时,对逐层削薄法测得的量值,根据X射线的穿透深度作了修正.这里对这种方法也同时作一介绍.在理论分析中,假定平板试样呈各向同性,且残余应力只考虑与板厚z方向有关的平面应力状态.2 理论2.1 逐层削薄法与测量衍射角的X射线透过深度的修正方法     

非破坏性测量焊接残余应力方法的应用现状

介绍了X射线衍射法、中子衍射法、磁声发射法和超声波法等四种非破坏性测量焊接残余应力的基本原理,综述了它们的发展概况及应用现状。通过比较分析各种测量方法的特点和适用范围,指出了选用适宜方法测定焊接残余应力的原则。     

材料复杂残余应力的高温松弛行为

介绍了材料表面应力状态的X射线测量方法，研究了低碳钢交叉焊缝残余应力状态及其热松弛行为。结果表明，焊缝表面残余应力状态比较复杂，加热处理不但可有效降低应力幅度，对应力状态也产生一定影响。加热温度及时问是决定应力松弛的关键因素。在加热退火期间，Mises等效残余应力按幂指数方式松弛．并遵循蠕变机制。     

控制焊接残余应力方法的超声波监控

为了减少焊接件的残余应力测量时间,基于声弹性效应,采用对应力最为敏感的临界折射纵波,建立了焊接残余应力超声波测量系统,可以准确的检测出焊接结构的内部应力.用该测量系统对随焊旋转挤压法、随焊冲击碾压法、电磁冲击法、预置应力法等一系列降低焊接残余应力的控制方法进行了监控,试验结果给出了各控制方法的残余应力降低程度,确认了工艺参数的合理性.该试验过程无损快速克服了传统切割释放测量方法的耗时费力,加快了控制方法的研制进程.     

试样尺寸对淬火铝合金厚板残余应力的影响

通过测量从淬火铝合金厚板上取出的一定大小的试样以测量原始铝合金厚板的残余应力值作为一种广泛使用的方法,在层削法、裂纹柔度法、X射线衍射法和中子衍射法中均有应用.以层削法为例,针对由于采用不同尺寸的试样而对7075铝合金厚板残余应力测量结果产生的影响进行了仿真分析和实验研究.结果表明,取样的尺寸对铝合金厚板残余应力的测量结果有重要影响.当试样在长宽方向上的尺寸小于2倍的"特征距离"(等于试样的厚度)时,试样将丧失保持原铝合金厚板真实残余应力的能力.测量结果将严重偏离真实值.基于此,在任何针对淬火铝合金厚板的残余应力测量方法中.当需要使用一定大小的试样对原铝合金厚板残余应力进行测量时,都必须保证试样在长宽方向上的尺寸大于2倍的"特征距离".     

盲孔法与压痕法测量2219铝合金熔焊焊缝残余应力的对比分析

采用盲孔法和压痕法,分别对2219铝合金变极性TIG焊焊缝两侧的残余应力进行测量,测量点沿距焊缝中心线19 mm的纵截面上布置.铝合金熔焊的残余应力关于焊缝中心线近似对称相等,在焊缝中心线任一垂直线上,距离焊缝中心线距离相等的两点应力相等.分别用两种应力测量方法测量焊缝中心线两侧应力,对比两种测量方法对同一大小的应力测量的差别.测量结果表明,盲孔法与压痕法应力测量结果变化趋势大体一致,沿焊缝方向应力呈现抛物线状,在焊缝中部存在应力最大值.根据两种测量方法的回归曲线,压痕法测量结果比盲孔法大20 MPa左右.通过R软件做配对样本的t检验分析,在置信度为0.95时,压痕法测量结果减盲孔法测量结果的差值的置信区间为(14,37),平均差值为25 MPa.     

焊接残余应力场声弹性不稳定性分析

基于声弹性效应,超声波可以无损检测出结构内部应力.超声波法焊接残余应力测量克服了传统应力测量方法费时耗力、破坏、体积庞大等缺点,对多种焊接结构残余应力进行的测量已证明其准确和可靠.在残余应力场测量时发现了在低应力弹性区存在声弹性不稳定现象,利用声弹性模拟试验对声弹性不稳定现象进行了分析研究.根据焊接残余应力场弹性区临界折射纵波包络波峰声弹性效应随机分布呈双峰分布的试验现象,提出了弹性区声弹性主应力计算公式,可通过超声波法纵向残余应力测量结果计算出测量点的两个主应力及横向残余应力.     

X射线衍射法在测量铝合金厚板表面残余应力中的应用

X射线应力测量法是广泛应用的无损应力测量方法,本试验研究了X射线衍射法测量铝合金厚板表面残余应力。对7075淬火铝合金厚板的表面残余应力进行测量,得到了7075淬火铝合金厚板表面残余应力的分布区间和一般规律,并对表面残余应力分布的边缘效应进行了探讨。     

超声检测表面残余应力的研究与发展

金属表面与内部残余应力的存在对构件的力学性能有重大影响.介绍了超声检测残余应力的研究现状和应用领域,从分析超声检测残余应力的原理、方法和特点着手,为开发能满足现场使用要求的检测系统,对几个关键技术进行了重点分析,并指出超声检测残余应力的发展方向和广阔的应用前景,为开展进一步研究提供借鉴与指导.     

Evaluation of residual stress development in FRP-metal hybrids using fiber Bragg grating sensors

This paper presents experimental measurement methods for the determination and evaluation of process related thermal residual stresses in fiber metal laminates. A cure monitoring system with fiber Bragg grating (FBG) sensors is used to measure the in-plane strains during processing of carbon fiber reinforced plastic (CFRP)-steel laminates. The simultaneous measurement captures the thermal expansion during the heating stages, the cure shrinkage, and the cooling thermal shrinkage. The results enable the characterization of the co-cure bonding process and the stress transfer between the metal and FRP-layers during the creation process. The residual strains, which are used for calculation of the residual stresses, are recorded at room temperature after manufacturing. In addition, an advanced method using FBG-sensors and the deflection of asymmetric hybrid specimens is developed to validate the gained residual stress data. Asymmetrical specimens are created by removing selected layers after cure. Quantitative evaluation is achieved by determination of their curvature and measuring the strain changes with the embedded FBG-sensors. For validation, the methods were successfully demonstrated on two different curing cycles with different resulting residual stress levels. The simultaneous strain measurement enables the investigation of stress development and delivers more in-depth process knowledge for further optimization of the manufacturing process.     

Residual stress measurement of coarse-grain aluminum alloy using X-ray diffraction method

When measuring residual stress of coarse-grain aluminum alloy using X-ray diffraction method,the diffraction profile shows two peaks and position of measured 2d will be changed,which lead to an inaccurate measurement result.Hence,in this paper,some methods were employed to improve the measurement accuracy.During the measuring process,different parameters(diameter of irradiated area,Ψ-oscillation range and exposure time) were selected and profile peak shift method was utilized.Moreover,when the 20 of profiles was determined,different calculation methods were used to calculate the residual stress.The results show that diameter of irradiated area and Ψ-oscillation range have significant influence on the measuring result.For stress value calculated directly from the test equipment,cross correlation method is more accurate than the absolute peak.Furthermore,another two calculation methods of slope with 2θ- sin~2Ψ and e- sin~2 Ψ were used to calculate the stress based on parameters(2θ,ε) obtained from cross correlation method.It is concluded that 20- sin~2Ψ method can further improve the measurement accuracy.     

国产高抗挤套管残余应力初探

残余应力是影响套管挤毁抗力的主要因素之一,选择适当的热矫直工艺将降低残余应力,提高套管的抗挤性能。通过对国产244．5mm×11．99mmTP110T高抗挤套管残余应力的分析测试,研究了残余应力的产生过程、测量和控制方法,探讨了残余应力对挤毁压力的影响。     

基于临界折射纵波的超声波应力测量方法

在对现有各种残余应力测量方法进行分析比较的基础上,提出基于临界折射纵波的超声波技术测量应力。采用一发两收的探头布置形式,对5%Cr圆板进行超声应力测量,同时与应用X射线衍射法和盲孔法测得的结果进行比较。试验证明了基于临界折射纵波的超声波应力测量法的可行性。     

轮廓法测量残余应力研究进展

轮廓法是一种基于截面解剖法的残余应力测量方法,可以获得目标平面法向的残余应力二维分布云图。经过20多年的发展与完善,轮廓法已经被广泛应用在航空航天、核电、高端装备制造等许多重要领域,尤其适用于焊接件、金属连接件和异型工件的残余应力测量。文中详细介绍了轮廓法测量的优势,分析了轮廓法测量的理论依据、测量步骤、误差修正、拓展应用、试验验证及研究热点,深入探究在一次切割轮廓法测量基础上发展起来的多次切割轮廓法、断裂轮廓法和X射线衍射法的叠加测量、近表面残余应力轮廓法测量等方法,这些方法克服了常规轮廓法测量断面应力、近表面应力方面的技术限制,可获得工程结构件的三维残余应力分布,针对不同的工程应用需求调整切割方法及测量方案以提供技术支持,拓展了轮廓法测量的应用范围。该文旨在为国内的同行提供参考,助力轮廓法在国内科学研究和工程应用方面的推广应用。 创新点： (1)对比常用的工程残余应力测量方法,明晰轮廓法测量的技术优势及其适用范围。(2)分析轮廓法测量过程中可能引入的试验误差,提出相对应的解决方法。(3)拓展轮廓法的应用范围以满足三维应力测量需求。     

LY12铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分析

采用小孔法对不同焊接工艺参数下得到的LY12铝合金薄板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力进行了测量和分析.为了消除孔边塑性变形对测量精度的影响,建立了三维有限元法模拟应变释放系数的测量试验,使用基于孔边形状改变比能的A,B系数修正法对盲孔释放系数进行修正.结果表明,接头残余应力呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧;纵向残余应力总是高于横向残余应力,但是横向残余应力并非在零附近,而是有一定的大小,约为焊前母材强度的10.8%;在一定范围内,搅拌摩擦焊接头残余应力随旋转频率先增大后减小,随下压量和焊接速度的增加而增加.     

超声冲击对焊接结构残余应力的影响

以Q345钢结构箱型柱为对象，研究了超声冲击工艺对焊接残余应力的影响。对电渣焊和埋弧焊两种焊缝进行了超声冲击试验，其中埋弧焊焊缝采用了全覆盖冲击和焊趾冲击两种冲击工艺。残余应力测量表明，采用冲击工艺，可以在焊缝表面一定深度(小于3mm)下产生压应力，最高测得-134MPa；焊趾冲击不但使焊趾表面产生压应力，也降低了焊缝的残余应力。对非熔透埋弧焊和熔透埋弧焊焊缝的测量结果显示，在盲孔法测量的深度范围内，超声冲击可降低焊缝最大主应力约34％～55％。