1、.WD.WD.WD.通過(guò)鉆孔應(yīng)變計(jì)測(cè)量剩余應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法1本標(biāo)準(zhǔn)以確定的標(biāo)識(shí)E837發(fā)布，標(biāo)識(shí)后的數(shù)字表示原稿錄用年份，或如果有過(guò)修訂的情況，最近一次修訂的年份。圓括號(hào)中的數(shù)字表示最近一次審核的年份。上標(biāo)epsilon艾普西龍 (e)表示最后一次修訂或?qū)徍饲暗木庉嬓孕薷摹?方程式17和18，章節(jié)9.2.2，9.2.3,11.2.5,11.2.6和表2于2002年1月以編者身份upated。引 言鉆孔應(yīng)變計(jì)法用于測(cè)量某種材料近外表的剩余應(yīng)力。這種方法包括在外表上粘貼應(yīng)變計(jì)、在應(yīng)變計(jì)附近鉆孔，并測(cè)量減小的應(yīng)力。所測(cè)應(yīng)變通過(guò)一系列的方程式與減小的主應(yīng)力相關(guān)。1、范圍1.1 這種試驗(yàn)方法包括測(cè)定等

2、方性的各向同性線彈性材料的近外表剩余應(yīng)力的程序。盡管這種概念是很籠統(tǒng)的，但是這里所描述的試驗(yàn)方法在那些應(yīng)力對(duì)深度并不十分敏感并且不會(huì)超過(guò)屈服強(qiáng)度的一半的情況下是適合的。這種試驗(yàn)方法經(jīng)常被描述為“局部破壞性的，是因?yàn)樗鶎?dǎo)致的破壞是非常局部的，而且在很多情況下并不會(huì)明顯影響試樣的使用。相比之下，其他許多測(cè)量剩余應(yīng)力的力學(xué)方法那么會(huì)嚴(yán)重破壞試樣。但是由于這里描述的試驗(yàn)方法依然會(huì)導(dǎo)致一些破壞，因此它只能被用于那些情況下：在試樣有加工余量的地方或者引入較淺圖1 顯示典型的鉆孔法專用三元素順時(shí)針應(yīng)變花幾何形狀的示意簡(jiǎn)圖1 ASTM E28力學(xué)試驗(yàn)委員會(huì)擁有本試驗(yàn)方法的最終解釋權(quán)，并由E28.13剩余應(yīng)力

3、測(cè)量小組委員會(huì)負(fù)直接責(zé)任?，F(xiàn)行版本于2001年10月10日通過(guò)，2001年11月公布。起初以E 837-81公布。此前最新版本為E 837-99。小洞也不會(huì)明顯影響試樣的使用的地方。1.2這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并不聲稱指出了所有對(duì)安全性的擔(dān)憂，假設(shè)有的話，也是聯(lián)系到它的使用。在建設(shè)適當(dāng)?shù)陌踩桶部挡僮鞑⒃谑褂弥按_定調(diào)整限制條件之后的應(yīng)用范圍，是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的使用者的責(zé)任。2、引用文件2.1 ASTM標(biāo)準(zhǔn)E 251 金屬結(jié)合電阻應(yīng)變計(jì)工作特性的試驗(yàn)方法23、試驗(yàn)方法摘要 3.1 圖1示意說(shuō)明的是一個(gè)有三元或多元的普通類型的玫瑰形應(yīng)變花被放置在考慮中的這個(gè)區(qū)域。應(yīng)變計(jì)的這個(gè)編碼方案按照順時(shí)針CW習(xí)慣13。備注1圖

4、1所示的應(yīng)變花所用的應(yīng)變計(jì)編號(hào)習(xí)慣不同于一些普通用途應(yīng)變花和其他一些類型電阻應(yīng)變花所用的逆時(shí)針習(xí)慣CCW。如果使用的是一個(gè)具有CCW的應(yīng)變花，那么本試驗(yàn)方法中所描述的剩余應(yīng)力的計(jì)算方法依然適用。唯一的變化是在最拉伸的主應(yīng)力方向上的反轉(zhuǎn)。關(guān)于這一變化的描述見(jiàn)備注7。其他所有方向剩余應(yīng)力的計(jì)算不受影響。3.2在應(yīng)變花幾何中心鉆一個(gè)深度為0.4D應(yīng)變計(jì)圓周平均直徑的小孔。 3.2.1 包圍在鉆孔周圍的剩余應(yīng)力得到釋放。釋放的應(yīng)變被一個(gè)適宜的應(yīng)變記錄儀器測(cè)量。在緊鄰小孔的地方，當(dāng)小孔深度接近0.4D的時(shí)候應(yīng)變幾乎完全釋放。3.3 圖2顯示了剩余應(yīng)力和一個(gè)當(dāng)材料上鉆入一個(gè)小孔時(shí)典型的外表應(yīng)變釋放的示意圖

5、。外表應(yīng)變釋放與釋放的主應(yīng)力按照下邊的關(guān)系相關(guān)：r = (A+ Bcos2) max+ (A- Bcos2) min (1)這里：圖2 符號(hào)釋義r = 使用中心位于P點(diǎn)的放射狀取向的應(yīng)變計(jì)測(cè)量所得到的釋放應(yīng)變。A,B= 向量max= 最大拉應(yīng)力min = 最小最大壓縮的主壓應(yīng)力= 順時(shí)針測(cè)量1號(hào)應(yīng)變計(jì)與max的夾角D= 應(yīng)變計(jì)中心所圍圓周直徑D0= 鉆孔直徑3.3.1 下邊的方程式可以用來(lái)評(píng)估一個(gè)給定彈性性能的材料的恒量A和B。A= a(1+v) / (2E) (2)B= b/ (2E) (3)這里：E = 楊氏模量，v = 泊松比，a和 b是無(wú)量綱的，幾乎是材料的獨(dú)立恒量見(jiàn)備注2。對(duì)于薄試樣

6、上的通孔和厚試樣上的盲孔而言，兩者所適用的這兩個(gè)恒量值略微不同。備注2無(wú)量綱系數(shù)a和 b隨孔深變化而變化，如表1所示。它們幾乎是材料獨(dú)立的，并不依賴于楊氏模量E，而且當(dāng)泊松比在0.280.33范圍內(nèi)的時(shí)候它們的變化不到1%。對(duì)于薄板上的通孔a與泊松比是相互獨(dú)立的。3.3.2 釋放應(yīng)變1，2和3分別由如圖1所示相對(duì)應(yīng)編號(hào)的應(yīng)變計(jì)測(cè)得。對(duì)于專業(yè)應(yīng)2 ASTM標(biāo)準(zhǔn)年度匯編，Vol 03.01。3 圓括號(hào)中的粗體數(shù)字在本試驗(yàn)方法結(jié)尾的參考資料列表中被提及。用，3對(duì)應(yīng)變計(jì)通常沿方向1-2-3布置見(jiàn)5.2.3。測(cè)量這3個(gè)參與應(yīng)變?yōu)橛?jì)算主應(yīng)力max和min以及它們的方向。3.3.3 在圖2中因?yàn)閳D示清晰的緣

7、故，在小孔四周整個(gè)區(qū)域內(nèi)的主剩余應(yīng)力max和min被暫時(shí)表示為均衡的。事實(shí)上，使剩余應(yīng)力在如此大的范圍內(nèi)均衡化是沒(méi)有必要的。釋放的外表應(yīng)變僅僅依賴于小孔邊緣的初始主應(yīng)力2。小孔邊緣的應(yīng)力不會(huì)影響釋放應(yīng)變。正因如此，鉆孔法是一種非常局限性的剩余應(yīng)力測(cè)量方法。3.3.4 假設(shè)小孔邊緣以內(nèi)的初始應(yīng)力的變化是很小的，并且隨深度的變化也是可忽略的。小孔以外位置上的初始應(yīng)力的均勻化是沒(méi)有必要的。4、意義與應(yīng)用4.1 剩余應(yīng)力存在于幾乎所有的構(gòu)件中。它們可能以生產(chǎn)工序的結(jié)果存在，或者在構(gòu)件的使用過(guò)程中產(chǎn)生。許多情況下剩余應(yīng)力是構(gòu)件失效的主要因素，尤其是那些表1 系數(shù)a和b的數(shù)值在經(jīng)受交變載荷或者腐蝕性環(huán)境的

8、情況。剩余應(yīng)力也有可能是有益的，比方，噴丸處理得到壓應(yīng)力。見(jiàn)表1。5、應(yīng)變計(jì)5.1 一套應(yīng)變花包括三個(gè)單獨(dú)的或者成對(duì)的應(yīng)變計(jì)柵格應(yīng)該被用到。備注3建議應(yīng)變計(jì)是與試驗(yàn)方法E 251相一致的標(biāo)準(zhǔn)化的。5.1.1 應(yīng)變計(jì)應(yīng)該排列成一個(gè)圓圈，與應(yīng)變花的中心等距。5.1.2 主應(yīng)變計(jì)的軸向應(yīng)該朝向以下三個(gè)方向的任意一個(gè)：1一個(gè)參考方向；2與參考方向呈45或135夾角；和3垂直于參考方向。方向2把方向1和3二等分，見(jiàn)圖1。5.2 可以使用幾種不同的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變花來(lái)擴(kuò)大剩余應(yīng)力測(cè)量的應(yīng)用范圍。4圖3展示了三種不同的應(yīng)變花類型。5.2.1 圖3a所展示的A型應(yīng)變花，被Rendleer和Vigness第一次介紹3。

9、這種型號(hào)可用到好幾種不同的尺寸，建議作為普通用途使用。5.2.2 圖3b所展示的B型應(yīng)變花，所有應(yīng)變花柵格都位于同一個(gè)方向上。當(dāng)需要在一個(gè)障礙旁邊進(jìn)展測(cè)量時(shí)這種設(shè)計(jì)是非常有效的。5.2.3 圖3c所展示的C型應(yīng)變花，這款具有特殊用途型號(hào)的應(yīng)變花具有3對(duì)相反的應(yīng)變計(jì)柵格連接成3個(gè)半橋。這種型號(hào)主要用于那些需要大應(yīng)變敏感度和高熱穩(wěn)定性的場(chǎng)所19。備注4Rendler和Vigness3首次提議將鉆孔應(yīng)變花型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)變花設(shè)計(jì)的應(yīng)用大大簡(jiǎn)化了剩余應(yīng)力的計(jì)算。5.3 應(yīng)變計(jì)圓圈的中心在鉆孔前后都應(yīng)該清晰可辨。5.4 應(yīng)變計(jì)的應(yīng)用粘貼，布線，防護(hù)涂層需要嚴(yán)格遵守制造商的建議，并要確保在鉆孔操作中對(duì)

10、應(yīng)變計(jì)柵格的保護(hù)。5.5 應(yīng)變計(jì)殘留物應(yīng)該是永久連接的，并要核實(shí)安裝的穩(wěn)定性。比較適宜的對(duì)地電圖3 鉆孔應(yīng)變花阻是至少20000M。6、測(cè)量?jī)x器6.1 記錄應(yīng)變的測(cè)量?jī)x器應(yīng)該擁有2106的分辨率,測(cè)量的穩(wěn)定性和再現(xiàn)性應(yīng)至少為2106。每只應(yīng)變計(jì)的鉛絲線應(yīng)盡量短以便于適用，三線溫度補(bǔ)償線路4應(yīng)該使用A型和B型應(yīng)變花。半橋線路需要使用C型應(yīng)變花，相對(duì)應(yīng)輸出的結(jié)果分別用1，2和3標(biāo)明。備注5通常，應(yīng)該對(duì)那些被證明引起不明顯剩余外表應(yīng)力的方法的外表準(zhǔn)備工作進(jìn)展限制。7、試樣準(zhǔn)備7.1粘貼應(yīng)變計(jì)之前，應(yīng)該按照粘貼應(yīng)變計(jì)的粘結(jié)劑制造商的建議來(lái)進(jìn)展外表準(zhǔn)備工作。7.1.1 必須進(jìn)展徹底的清潔和去污處理。7.

11、1.2 使用應(yīng)變計(jì)需要光滑的外表。8、步驟8.1 鉆孔：4 這些圖樣中的應(yīng)變計(jì)型號(hào)由Measurements Group, Wendell, NC.公司制造。8.1.1 為保護(hù)應(yīng)變計(jì)柵格，在小孔外緣與應(yīng)變計(jì)柵格的最后一圈之間應(yīng)至少留有0.012in(0.30mm)的余地。對(duì)這個(gè)余地的要求限制了小孔的直徑D0的最大允許值。最小推薦孔徑為最大允許值經(jīng)的60%。表2列出了幾種常見(jiàn)應(yīng)變花類型的推薦孔徑范圍。備注6隨著D0/D比值的增加，這種方法的敏感度近似等于(D0/D)2。通常因?yàn)槊舾卸仍黾佣ㄗh使用直徑較大的孔。8.1.2 無(wú)論鉆孔直徑有多大，小孔的中心與應(yīng)變計(jì)圓圈的同心度應(yīng)該在0.004D或0.

12、001in(0.025mm)的范圍內(nèi)。因鉆孔未對(duì)準(zhǔn)造成的錯(cuò)誤會(huì)使應(yīng)力計(jì)算產(chǎn)生明顯的誤差。為防止這些誤差，建議使用光學(xué)裝置對(duì)工具支撐物進(jìn)展對(duì)中。圖4展示了一種適合的裝置5。8.1.3 選擇適宜的鉆孔操作和工具以減小或消除小孔周圍區(qū)域引入的的塑性變形。8.1.3.1有研究和報(bào)道指出的幾種鉆孔工藝適合作為鉆孔方法：(1) 磨料噴射加工6，這是一種使用包含有細(xì)小磨料微粒的高速氣流通過(guò)一個(gè)小直徑噴嘴對(duì)準(zhǔn)工件進(jìn)展鉆孔的方法，被成功使用(5,6)。不過(guò)這種方法不適用于類似于銅的較軟材料(7)。(2) 使用空氣渦輪進(jìn)展高速鉆孔也在這項(xiàng)應(yīng)用中被成功使用(8)。這個(gè)工藝被認(rèn)為是普遍適用的，除了鎢鉻鈷硬質(zhì)合金等極硬

13、材料之外(7)。(3) 平銑刀，硬質(zhì)合金鉆頭，以及改進(jìn)型平銑刀在許多研究中被成功應(yīng)用(3,9，10,11)。不過(guò)比較起來(lái)使用磨料噴射加工或者高速鉆孔平銑刀進(jìn)展低速鉆孔更適宜。由于被各種鉆孔方法所創(chuàng)造出的剩余應(yīng)力都會(huì)對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確度產(chǎn)生不利影響，因此當(dāng)沒(méi)有可供參考的前期經(jīng)歷時(shí)，建議對(duì)所選方法進(jìn)展驗(yàn)證。這個(gè)驗(yàn)證應(yīng)包括在一個(gè)具有一樣的名義成分的無(wú)應(yīng)力試樣上使用與檢測(cè)過(guò)程中所用一樣的應(yīng)變花，然后鉆一個(gè)孔。如果鉆孔方法滿足要求，那么鉆孔所產(chǎn)(a)對(duì)中工具引導(dǎo)與應(yīng)變計(jì)圓圈對(duì)中。 (b)小孔研磨在移動(dòng)對(duì)中顯微鏡之后，插入鉆孔工具。圖4 一種工具支撐物對(duì)中設(shè)備5一種由Measurements Group，Wen

14、dell，NC生產(chǎn)的用于對(duì)中的設(shè)備。6摩擦噴射加工工具可以從S.S. White，Piscata- way，NJ獲得。表2 應(yīng)變花尺寸和推薦的小孔尺寸生的應(yīng)力將會(huì)很小。備注7最普遍的應(yīng)用接近于獲取無(wú)應(yīng)力試樣是退熾熱處理方法(5，6，7，15，16)。近來(lái)的研究(18)說(shuō)明電火花加工也是值得考慮的一種從大塊兒材料上切取小的無(wú)應(yīng)力試樣的方法。一般來(lái)說(shuō)，試樣越小其所要承受的剩余宏觀應(yīng)力就越小，當(dāng)然，它的尺寸必須能夠與應(yīng)變計(jì)花相適應(yīng)。備注8如果鉆孔方法所導(dǎo)致的可量度水平上的剩余應(yīng)力是可再生的，需要考慮實(shí)驗(yàn)性的校準(zhǔn)見(jiàn)9.3。8.1.3.2 當(dāng)使用最終研磨時(shí)，使用非常輕并緩慢的軸向進(jìn)給繼續(xù)進(jìn)展，以允許熱量

15、有足夠的時(shí)間散失。8.1.4 在恒溫下開(kāi)展鉆孔試驗(yàn)。8.2在開(kāi)場(chǎng)鉆孔操作前從每一個(gè)應(yīng)變計(jì)上讀取零值。然后，開(kāi)場(chǎng)鉆孔使用接下來(lái)的兩個(gè)步驟之一，這取決于試樣的厚度。8.2.1 試樣的厚度大于1.2D被認(rèn)為是“厚。對(duì)于這種試樣，獲得8組應(yīng)力讀數(shù)1、2、3，從孔深每增加0.05D到最終孔深0.4D。其他類似的增額也可承受；不過(guò)，它們由于需要額外插入或推算表1中的校準(zhǔn)恒量而不便于計(jì)算。8.2.2 試樣的厚度小于0.4D被認(rèn)為是“薄。對(duì)于這種試樣，當(dāng)小孔鉆穿整個(gè)試樣厚度的時(shí)候，獲取一組應(yīng)力讀數(shù)1、2、3。8.2.3 中間的情況當(dāng)試樣厚度在0.4D到1.2D之間的時(shí)候不在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法的范圍。對(duì)于這種試樣可以

16、得到一個(gè)近似的結(jié)果，通過(guò)使用通孔并修改表1中給出的“盲孔和“通孔校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。用這種方法得到的剩余應(yīng)力結(jié)果應(yīng)該注明“非標(biāo)準(zhǔn)值或“近似值。8.3 對(duì)每一組測(cè)得的應(yīng)力值1、2、3計(jì)算下邊的合成應(yīng)力：p = (3 +1) /2 (4)q= (3 -1) /2 (5)t = (3 +1- 22)/2 (6)8.3.1當(dāng)用“厚試樣工作時(shí)，應(yīng)該做一個(gè)試驗(yàn)以核實(shí)剩余應(yīng)力在孔的深度內(nèi)是均勻的。此時(shí)，找出數(shù)值較大的一組合成應(yīng)變q或t。當(dāng)孔深等于0.4D的時(shí)候，把每一組合成應(yīng)變p以及q和t較大的一個(gè)表達(dá)成它們數(shù)值的百分?jǐn)?shù)。將這些應(yīng)變的百分?jǐn)?shù)與對(duì)應(yīng)的(孔深/D)繪成曲線。這個(gè)圖表應(yīng)該產(chǎn)生類似于圖5所展示的曲線的數(shù)據(jù)點(diǎn)(

17、12)。數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離圖5中的曲線超過(guò)3%表示每一個(gè)實(shí)質(zhì)應(yīng)力在材料厚度方向是不均勻的，或者應(yīng)變測(cè)量出現(xiàn)錯(cuò)誤。不管發(fā)生哪種情況，在使用這里所描述的步驟時(shí)，測(cè)得的數(shù)據(jù)都不能用于剩余應(yīng)力計(jì)算。其他出版物比方Ref (21)，給出了用于評(píng)估來(lái)自鉆孔應(yīng)變數(shù)據(jù)增量產(chǎn)生的不均勻的剩余應(yīng)力的方法的細(xì)節(jié)。然而，這樣的計(jì)算不屬于本試驗(yàn)方法的范圍。備注9這種圖示的試驗(yàn)不是應(yīng)力場(chǎng)均勻性的靈敏指標(biāo)。具有明顯不均勻應(yīng)力場(chǎng)的試樣會(huì)產(chǎn)生大體上類似于圖5所示的那些百分比釋放應(yīng)變曲線。這個(gè)試驗(yàn)的主要目的是為了鑒定非常不均勻的應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變測(cè)量錯(cuò)誤。這個(gè)應(yīng)力均勻性試驗(yàn)只有在使用“厚試樣時(shí)有用。9、應(yīng)力計(jì)算9.1 薄試樣9.1.1 在試樣

18、較“薄的時(shí)候，只需要單獨(dú)的一組1、2和3測(cè)量值來(lái)計(jì)算主剩余應(yīng)力的大小和方向。這些應(yīng)力被假定在試樣的整個(gè)厚度方向上是均勻分布的。9.1.2 最大拉伸或最小壓縮主應(yīng)力max位于圖1中應(yīng)變計(jì)1方向順時(shí)針測(cè)得的角的位置。同樣，最小拉伸或最大壓縮主應(yīng)力min位于圖3中應(yīng)變計(jì)3方向順時(shí)針測(cè)得的角的位置。9.1.3 使用下式計(jì)算角：=1/2 arctant/q (7)9.1.4 使用普通的一元arctan函數(shù)直接計(jì)算角，比方對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算就發(fā)現(xiàn)，會(huì)得到一個(gè)90的誤差。正確的角度可以通過(guò)使用二元arctan函數(shù)得到有些計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中的ATAN2函數(shù)，此時(shí)分子和分母都參與計(jì)算。作為選擇，如果必要可以通過(guò)將一元

19、函數(shù)計(jì)算得到的結(jié)果90來(lái)調(diào)整來(lái)使位于下表所確定的適宜的范圍：未定義9.1.5 一個(gè)正的值，假定=30，表示max位于應(yīng)變計(jì)1方向順時(shí)針30的位置。一個(gè)反的值，假定=-30，表示max位于應(yīng)變計(jì)1方向逆時(shí)針30的位置。9.1.6 通常，max的方向會(huì)與數(shù)值上完全相反壓縮的釋放應(yīng)力的方向接近一致。當(dāng)q和t同時(shí)等于0的時(shí)候角沒(méi)有意義。備注10在9.1.2中定義的順時(shí)針測(cè)量角的方向僅應(yīng)用于具有CW編號(hào)方式的應(yīng)變花，比方在圖1中的插圖。相反的測(cè)量方向應(yīng)用于CCW應(yīng)變花。在這個(gè)應(yīng)變花里，應(yīng)變計(jì)1和3的幾何位置依據(jù)CW情況互相調(diào)換位置。新的應(yīng)變計(jì)1成為參考應(yīng)變計(jì)。對(duì)于一個(gè)CCW應(yīng)變花，一個(gè)正的值，假設(shè)=30

20、，表示max位于應(yīng)變計(jì)1逆時(shí)針30的方向。一個(gè)負(fù)的值，假設(shè)=-30，表示max位于應(yīng)變計(jì)1順時(shí)針30的方向。所有其他方向的剩余應(yīng)力計(jì)算對(duì)CW和CCW應(yīng)變花完全一樣。9.1.7使用下式計(jì)算應(yīng)力max和min： min, max=-p/a(1+v)(q2+t2)/bE(8) 這個(gè)方程式中的負(fù)平方根與max相關(guān)聯(lián)是因?yàn)榉匠?右側(cè)的負(fù)號(hào)。一個(gè)拉伸的(+)剩余應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓縮的(-)釋放應(yīng)變。9.1.8 使用表1確定與孔徑和所用應(yīng)變花類型相對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)常數(shù)a和的數(shù)值。9.2 “厚試樣9.2.1 在“厚試樣的情況下，每一組1，2，3測(cè)量值都被用于計(jì)算主剩余應(yīng)力的大小和方向。假設(shè)貫穿整個(gè)孔深的這些應(yīng)力是均勻

21、的。備注11與9.1所描述的只用一組在0.4D時(shí)的1，2，3測(cè)量值來(lái)進(jìn)展計(jì)算也是可以的。這樣的計(jì)算對(duì)于快速給出一個(gè)剩余應(yīng)力估計(jì)值是很有用的；但是，9.2中描述的求平均值方法應(yīng)該是首選，因?yàn)檫@種方法使用了所有的應(yīng)變數(shù)據(jù)，并且顯著地降低了隨機(jī)應(yīng)變測(cè)量誤差的影響。9.2.2 對(duì)于每一個(gè)孔深所對(duì)應(yīng)的8組1，2，3測(cè)量值，使用表1確定與孔徑和所用應(yīng)變花類型相對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)常數(shù)a和b的數(shù)值。表中的這些數(shù)值來(lái)源于有限元分析(14)，被發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常一致。9.2.3 使用下邊的公式計(jì)算與三個(gè)合成應(yīng)圖5 典型的厚度方向上應(yīng)力均勻分布試樣的應(yīng)變百分值與對(duì)應(yīng)的深度二維圖，aA型應(yīng)變花，bB型應(yīng)變花，cC型應(yīng)變花變p

22、，q和t相對(duì)應(yīng)的合成應(yīng)力P，Q和T(20)：P = E (a p)/ (a2)/ (1+v)(9)Q = E (b q)/ (b2)(10)T = E (b t)/ (b2)(11)9.2.4使用下式計(jì)算角：=1/2 arctan(-T/-Q) (12) =1/2 arctan (bt /bq)通過(guò)使用類似的方式評(píng)估“arctan函數(shù)，角可以在正確的象限內(nèi)被替換為9.1.3中所描述的那些。9.2.5 利用下式計(jì)算應(yīng)力max和min：max, minP(Q2+T2) (13)9.3 實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)9.3.1 如有必要，把應(yīng)力max和min和測(cè)得的應(yīng)變i聯(lián)系起來(lái)的常數(shù)a和b可以通過(guò)使用一個(gè)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定

23、。當(dāng)對(duì)“薄試樣厚度不到0.4D進(jìn)展校準(zhǔn)時(shí)，使用與真實(shí)試樣一樣厚度的試樣。當(dāng)對(duì)“厚試樣進(jìn)展校準(zhǔn)時(shí)，厚度要求為T，1.2D或者更大。9.3.2 在鉆孔之前，應(yīng)用校準(zhǔn)力經(jīng)過(guò)五個(gè)相等的遞增值到達(dá)最大力。這個(gè)最大力產(chǎn)生的應(yīng)力cal不能超過(guò)測(cè)試材料三分之一的屈服應(yīng)力。9.3.3 使用方程4-6計(jì)算與應(yīng)變1，2和3相應(yīng)的合成應(yīng)變p，q和t。P，q，t的曲線對(duì)應(yīng)于外加應(yīng)力。這些曲線應(yīng)該是直線。確定它們的斜率gp，gq，和gt。9.3.4 當(dāng)使用“薄試樣工作時(shí)，鉆一個(gè)通孔并按照五個(gè)一樣的載荷增量到達(dá)最大力的序列重復(fù)應(yīng)變的測(cè)量。9.3.5 當(dāng)使用“厚試樣工作時(shí)，以0.05D的增量直到最大值0.4D的一系列8個(gè)深度

24、鉆一個(gè)盲孔。在每一次孔深增加后，按照五個(gè)一樣的載荷增量到達(dá)最大力的序列重復(fù)應(yīng)變的測(cè)量。9.3.6 從每一個(gè)孔深的p，q和t的斜率里減去在對(duì)應(yīng)的每一個(gè)孔鉆取之前測(cè)得的斜率：(gp)cal =(gp)hole (gp)before (14)(gq)cal=(gq)hole (gq)before (15)(gt)cal =(gt)hole (gt)before (16)在方程(9)-(12)中使用到的8個(gè)深度的常數(shù)a和b的校準(zhǔn)值為：a = -2(gp)calE / (1+v) (17)b = -2(gq)2cal+(gt)2cal)E (18)10、報(bào)告10.1報(bào)告須包括以下內(nèi)容：10.1.1試樣描

25、述/說(shuō)明，10.1.1.1材料，10.1.1.2相關(guān)力學(xué)性能，10.1.2應(yīng)變計(jì)位置，10.1.3所用應(yīng)變計(jì)的規(guī)格型號(hào)，10.1.3.1應(yīng)變計(jì)幾何尺寸，10.1.4鉆孔方法，10.1.5每個(gè)應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變對(duì)應(yīng)深度圖表，10.1.6作表列出所有位置的應(yīng)變值1，2和3，以及，10.1.7作應(yīng)力表格列出所有位置應(yīng)變的方向。11、精度和誤差11.1 誤差：由這種方法所決定的剩余應(yīng)力可以預(yù)料到存在一個(gè)不超過(guò)10%的誤差，假設(shè)1.1所設(shè)定的條件得以應(yīng)用以及鉆孔技術(shù)不會(huì)在材料中誘發(fā)顯著的機(jī)械加工應(yīng)力(6,15)。最難以實(shí)現(xiàn)的條件應(yīng)該是要求剩余應(yīng)力不能隨深度明顯的變化。剩余應(yīng)力通常被那些將能量卷入并貫穿物體表層

26、的各種各樣的制作、成型加工、焊接或其他生產(chǎn)工藝所誘發(fā)。因此，在表層附近通常存在有應(yīng)力梯度，而且在深度范圍內(nèi)均勻不變的剩余應(yīng)力被認(rèn)為是極少遇到的。如果一個(gè)明顯不均勻的應(yīng)力分布未被發(fā)現(xiàn)，那么誤差可能遠(yuǎn)超過(guò)10%，并且朝向低估最大應(yīng)力值的方向。11.2 準(zhǔn)確度: 11.2.1一個(gè)循環(huán)試驗(yàn)程序(16)在經(jīng)過(guò)預(yù)先應(yīng)力釋放處理的AISI 1018碳鋼試樣上被執(zhí)行。高速，低速，和空氣研磨鉆孔方法被使用。合計(jì)，由八個(gè)實(shí)驗(yàn)室在8個(gè)名義上完全一樣的試樣上得到的測(cè)量值，根據(jù)所有26個(gè)測(cè)量值的平均值給出了一個(gè)2.0ksi(14MPa)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。11.2.2 一個(gè)循環(huán)試驗(yàn)程序(17)在經(jīng)過(guò)預(yù)先應(yīng)力釋放處理的304不銹

27、鋼試樣上被執(zhí)行?？傆?jì)，46個(gè)名義上完全一樣的試樣由35個(gè)實(shí)驗(yàn)室使用各種方法進(jìn)展試驗(yàn)。46組使用高速鉆孔和空氣研磨鉆孔方法產(chǎn)生的剩余應(yīng)力測(cè)量值，對(duì)于任何一種鉆孔方法的平均值產(chǎn)生了標(biāo)準(zhǔn)差不超過(guò)1.7ksi(12MPa)的偏差。6組使用低速鉆孔方法得到的測(cè)量結(jié)果不包括在內(nèi)。11.2.3 在有壓力試樣中得到的結(jié)果的多樣性，相對(duì)應(yīng)的與在無(wú)應(yīng)力試樣上觀察到的情況相比，可以預(yù)料到是非常大的。一個(gè)正在由實(shí)驗(yàn)力學(xué)學(xué)會(huì)剩余應(yīng)力技術(shù)部方案開(kāi)展的，在有應(yīng)力不銹鋼試樣上進(jìn)展的循環(huán)試驗(yàn)程序，ASTM E28.13小組委員會(huì)也參與其中。11.2.4 應(yīng)用于碳鋼和不銹鋼的對(duì)試驗(yàn)方法準(zhǔn)確度的評(píng)估不適用于那些顯現(xiàn)出機(jī)械性能特征非

28、常不同于鋼的甚至彼此不同的材料。高速鉆孔技術(shù)被報(bào)道適合于不同種類的材料，比方銅合金，鋁合金，鋯合金和硬質(zhì)合金(7)。11.2.5方程9-11降低了隨機(jī)實(shí)驗(yàn)誤差對(duì)結(jié)果的影響，并提高了準(zhǔn)確度。隨機(jī)實(shí)驗(yàn)誤差獨(dú)立于鉆孔深度因?yàn)槭录霈F(xiàn)，比方應(yīng)變讀數(shù)誤差，應(yīng)變計(jì)異常，以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境改變等。在方程9-11中使用的最適宜的應(yīng)變數(shù)據(jù)平均技術(shù)可以調(diào)節(jié)多數(shù)的隨機(jī)實(shí)驗(yàn)誤差，但除了明顯的應(yīng)變錯(cuò)誤(20)。11.2.6 對(duì)于給定的應(yīng)力水平，與使用三元A型和B型應(yīng)變花相比，使用C型六元應(yīng)變花可以增加電信號(hào)輸出。電信號(hào)靈敏度的增加可以提高鉆孔過(guò)程中測(cè)量值的準(zhǔn)確度。不過(guò)，使用六元應(yīng)變花會(huì)導(dǎo)致安裝誤差和費(fèi)用增大。對(duì)于常規(guī)工作，

29、A型和B型應(yīng)變花就可以代表性地給出令人滿意的結(jié)果。C型應(yīng)變花適用于較準(zhǔn)確的應(yīng)用和針對(duì)低導(dǎo)電性材料進(jìn)展操作的場(chǎng)合。12、關(guān)鍵詞12.1 鉆孔法；剩余應(yīng)力測(cè)量；應(yīng)變計(jì)；應(yīng)力分析參考文獻(xiàn)(1) Perry, C. G. “Data-Reduction Algorithms for Strain-Gage Rosette Measurements, Experimental Techniques, Vol 12, No. 5, 1989, pp. 13-18. (2) Schajer, G. S.,“ Application of Finite Element Calculations to Resi

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