基于压痕应变法的残余应力仿真与实验研究

发布时间：2020-08-26 01:39

【摘要】：在实际工程中,残余应力会对材料的力学性能产生很大的影响,使其达不到设计要求。压痕应变法具有测量精度高、微损伤等特点,但该方法需要进行标定实验,未知主应力方向条件下的残余应力测量过程也较为复杂。因此,本文基于压痕应变法从仿真和实验两个方面对残余应力进行定量分析,获得了金属材料残余应力与卸载后应变增量的定量关系,并对测量方法作了相应改进。首先,本文采用ABAQUS软件模拟了直径为1 mm的球形压头压入试件并卸载的全过程,得到了卸载后试件表面的应力应变关系。通过对大量仿真数据的分析,选取距压痕中心3 mm处为应变增量获取位置,球形压头上的加载力为960 N。提取不同残余应力下指定位置的应变增量,发现应变增量与单轴、双轴残余应力皆呈线性关系,验证了压痕应变法的可行性。为了增强仿真结果的通用性,分析了材料参数对应变增量变化的影响,发现弹性模量、屈服强度、硬化指数分别与应变增量的变化呈线性、反比、对数关系。其次,本文通过自行设计的预应力施加装置,对试件施加大小不同的预应力,应用电子万能试验机和直径为1 mm的布氏压头完成加载和卸载过程。通过应变片测得距压痕中心3 mm处的应变增量,发现应变增量与单轴、双轴残余应力也呈线性关系,实验结果验证了仿真结果的准确性。最后,本文基于压痕应变法直接建立了应变增量与残余应力的关系,形成了较完整的残余应力测量方法。另外,本文对标定实验以及未知主应力方向条件下残余应力的测量进行了改进。通过将弹性模量、屈服强度、硬化指数的影响引入到应变增量与残余应力的关系中,提出了相应的经验公式,从而取代了耗时费力的标定实验。在未知主应力方向的条件下,提出了应变增量与双轴残余应力间的经验公式,根据隆起量和应变增量的大小判别残余应力的方向,达到测量残余应力的目的。同时分析了测量方法的灵敏度以及实验误差的来源。本文基于压痕应变法及其改进方法实现了对构件残余应力的测量,其测量精度达到了工程测量的标准,为残余应力的测量提供了新的思路。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O344.1
【图文】：

位置分布,残余应力,失稳,刚度

图 1-1 残余应力引起的刚度失稳3、残余应力对结构稳定性的影响在结构稳定性方面主要涉及到结构中的压杆，压缩残余应力与压杆中的压应会显著降低压杆的承载力，从而使结构达不到设计要求。对结构稳定性影响要由残余应力在构件内部的具体位置分布决定。如图 1-2 所示，残余应力导结构失稳。图 1-2 支撑结构失稳残余应力是一种不稳定的应力状态，外部条件的变化会引起叠加效果也发生

残余应力分布,残余应力,外部条件,支撑结构

2图 1-2 支撑结构失稳种不稳定的应力状态，外部条件的变化会引起叠生变形，改变构件内部的残余应力分布，移除外响整个结构的稳定性。，强度、刚度、稳定性是评估构件或结构安全的大的影响，所以对残余应力的精确测量显的非，研究人员开创了压痕法测量残余应力，即根力。通过提高载荷和位移分辨率，精确地记录压而得到构件的材料属性[6,7]，通过与无残余应力

示意图,盲孔法,原理,示意图

量的研究进展量方法发展至今已有近百年的历史，较为成熟的两个大类。应力释放法需要对构件局部进行分变的变化得到残余应力，所以应力释放法会对构算精度较高，方法主要有钻孔法等。物理参数法参数与残余应力间的关系来计算残余应力[1,10,1种常见的残余应力检测方法作简要介绍。技术成熟，应用面广等优点，已经形成了标准化孔法的测量精度、误差分析、适用范围作了大量测量中。其原理如图 1-3 所示。

【参考文献】