基于压痕非对称性的任意残余应力仪器化球形压入分析方法

发布时间：2020-10-13 19:14

　　 机械结构通常受到外力和温度的影响,不可避免地会产生残余应力。它的存在能够降低和提高机械各种力学和服役性能,如疲劳强度和脆性断裂等。目前,常用的残余应力测试方法有机械法和物理法,分别适用若干工况下的测试。仪器化压入技术具有表面、微区和微损的特点,材料适应性强,能够用于多种条件下的应力测试,发展前景广阔。根据应力测试范围,残余应力的仪器化压入分析方法主要分为两类:等轴应力分析方法和任意应力分析方法。等轴应力分析方法的等轴假设过于理想,与实际情况有相当差距;任意应力分析方法的分析参量通常存在无法测量或不易测准等问题,不能有效地转化为测试方法。本论文针对以上问题,以实用化为目的,旨在发展一种识别任意残余应力的分析方法。具体工作如下:(1)建立分析工具。为判断不同相对压入深度时接触区域材料的弹塑性状态,推导出材料临界屈服时存在的若干基本关系,这些关系的导出有利于确定接触区域材料发生弹塑性转变的临界压入条件。为模拟非等轴预应力下的压入响应,建立三维仿真模型,给出模型参数设置的依据和结论,通过仿真结果与解析结果的对比,验证模型的可靠性。(2)选取分析参量。选取压痕非对称性作为分析参量,探讨材料塑性参数和相对压入深度对其产生的影响,借助量纲分析建立压痕非对称性与压入变量之间的无量纲关系式。通过有限元仿真发现,球形压入压痕非对称性的对数与等轴残余应力近似成线性关系,剪切残余应力与线性关系中的截距相关,并数值检验此关系的稳定性和准确性。(3)提出分析方法。创新性地将求解任意残余应力分解为两部分工作,通过关系式联立形成分析方法。首先,选取压痕非对称性作为分析参量,建立其与剪切应力之间的关系;其次,借鉴前人技术路线,建立相对载荷与等轴应力之间的关系;最后,联立两式,形成基于压痕非对称性的任意残余应力仪器化球形压入分析方法。(4)进行数值检验。数值检验分为稳定性分析和准确性分析。稳定性分析,首先对变量屈服应变εv、应变硬化指数n、相对载荷(F-F_0)/F_0、等轴残余应力σ~R和压痕非对称性λ分别引入±5%的相对误差。εy引入相对误差后,剪切残余应力计算偏差可以控制在8%以内,等轴残余应力计算偏差可以控制在3%以内;n引入相对误差后,两者计算偏差均可以控制在5%以内;(F-F_0)/F_0引入相对误差后,剪切残余应力计算偏差可以控制在7%以内,等轴残余应力计算偏差可以控制在5%以内;λ引入相对误差后,剪切残余应力计算偏差可以控制在10%以内,等轴残余应力不受影响;σ~R引入相对误差后,剪切残余应力计算偏差可以控制在8%以内。准确性分析,在本分析方法建立过程中,由于针对问题不同,预应力仿真预设值并不相同,因此无法得到分析方法的准确性,但可以参考分析方法中两个关系式各自的准确性分析结果。本文提出一种新的基于压痕非对称性的任意残余应力仪器化球形压入分析方法。其分析参量测量方便可靠且敏感残余应力,分析方法稳定性较高,误差传递较弱。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG115.2
【部分图文】：

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图 1-2 卸载后的残余压痕刚度 S 可以通过微分式(1-1)和式(1-2)确定1mf()ddm bhhBbhhhFS 1mp()ddm bhhBbhhhFS 深度ch 为SFhhmcm mF 为最大压入载荷； F /Sm 为试样的压入变形量，可由 Sneddon 解[38]该式只适用压入产生凹陷的情况。其中， 为常数，根据压头形状确， 0.75；对于圆锥压头， 0.72。面积取决于接触深度。假使压头形状已知，接触面积可以通过事先确

浙江工业大学硕士学位论文（学术型） 1-6 可知，剪切残余应力和无残余应力条件下载荷-深度曲线应力不影响加载阶段；残余拉、压应力的加载阶段曲线分布相同压入深度处，等轴残余应力引起的变化大致为单轴残余
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本文编号：2839590