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剥层法测量残余应力案例分析

分类:残余应力检测    关键词:残余应力测量

剥层法属于机械释放法,多用于金属材料内部的残余应力测量,此方法测量时需将被测点周围的金属材料完全切割下来,使得残余应力在每层切割后得到释放并使材料产生变形,用应变片测出微应变,再利用力学公式算出残余应力。

为了了解金属材料的残余应力对加工过程产生的影响,须对材料内部残余应力的大小和分布状况进行测量。因此我们需要研究其内部的残余应力分布规律。本文使用剥层法对LD10锻造铝合金材料内部的残余应力分布进行了试验研究。这种方法应变释放率高,测量结果比较准确,并且可以测量出残余应力沿深度方向的变化。

残余应力测量原理

如果构件的残余应力为单向应力状态,在需要测量处沿着残余应力方向粘贴应变片,切除一层材料后,测出此点应变,然后用胡克定律计算出相应方向的残余应力为:

σ=Eε  (1)

如果试件不是单向应力状态,需要测定试件X、Y两个方向的残余应力时,那么沿X和Y两个方向粘贴应变片,切割工件后,测出两个方向的应变εx和εy,然后按下式计算出残余应力的大小和方向。

图片2.png     2)

本试验在每个测量点的X和Y两个方向都粘贴应变片,每层切削完应变片周围的材料,记录下本层测量点处两个方向的应变εxεy,换算出残余应力σxσy。然后再重新粘贴应变片测量下一场数据,每层测量间隔4mm,直至测量深度达到试件中面。根据锻造的工艺条件,测量之前做出如下假设:假定残余应力在平行于中性面的任一平面内分布不均匀,并且随厚度变化,但是其分布规律沿中性面对称分布,因此在试验中,需要切除一半深度的材料,由对称性即可获得整个的残余应力分布规律。

试验材料及所需仪器

材料选用自由锻造成形的LD10铝合金锻件,是一种高强度铝合金,从锻件中切取240mm*200mm*120mm的试件。

本试验在XK7132数控铣床上进行,该数控铣床主轴的*高转速为3000r/min,功率为2.2KW,*大进给速度为4m/min。切削参数:主轴转速v=2000r/min,进给速度为f=200mm/min,轴向切深为2mn,径向切深为6mm。为测量LD10锻造铝合金试件在试验当中的微应变,采用JHYC静态应变仪,电阻应变片采用单周箔式应变片。

试验结果

1. 采用剥层法可以对锻造铝合金LD10试件进行较为的残余应力测量,不仅可以得到试件表层残余应力的大小,而且还能获得其沿深度方向的变化。

2. 锻造铝合金LD10中*大残余压应力出现在试件边缘的表层这类金属流动*快的区域,而*大残余应力则出现在试件腰部中间一些金属流动缓慢的区域。

3. 锻造铝合金内部残余应力其分布规律和部位有关,*心处和边缘处残余应力分布规律相反,*心处残余应力变化曲线呈M型,越靠近边缘曲线形状越相似与W型。


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