Page 175 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

第五章 焊接与热处理工艺仿真技术

是平面应力状态，两个主应力和主方向角共三个未知数，要求用三个应变敏感栅
组成的应变花进行测量，每个敏感栅的中心布置在同一半径上。
盲孔法是目前工程上最常用的残余应力测量方法，美国 ASTM 协会已将其

纳入标准。近年来各国研究者继续对盲孔法做了大量的研究工作，从实际操作中
的各种工艺因素、误差来源等方面进行了深入分析，使其日趋完善。由于盲孔法
的计算公式是根据通孔的简化力学模型推导出的，与实际情况存在偏差，对此，
一般采用有限元数值分析的方法，分别对不同尺寸、形状的盲孔周围的应力分
布情况进行计算，得出孔径深比及孔缘孔底形状对释放应力的影响，避免 Kirsch

通孔解所带来的误差，同时又可省去大量人工实验标定的烦琐。由于在钻孔过程
中，钻头使孔壁经历了弹性变形、塑性变形和切断过程，因而在孔壁周围由于局
部塑性变形而产生附加应力场，使粘贴在该区域内的应变片感受到附加应变，其

大小受孔径、孔深、钻进速度、钻头类型、钻刃锋利程度、应变片尺寸及其到盲
孔中心的距离等因素的影响。
（2）环芯法
环芯法是部分损坏检测法，也称部分释放法，在我国又称为圆环法、切槽法。

方法是用一种皇冠形铣刀加工出一个圆环形槽，中间为一个环芯。加工出的环芯
应该是应力对它的作用最小，释放出的应变最大。用特制的应变花来测量环芯部
位释放出的应变，通过相应的公式计算，即可得到该部位的残余应力大小和方向。
环芯法是在待测工件表面用皇冠形铣刀加工出一个环形槽，将其中的环芯部分从

工件本体分离开来，残留在环芯中的应力同时被释放出来这种方法是利用材料的
弹性变形即应力释放效果测量内部应力。用改进后的特殊应变计来测量环芯表面
产生的应变。由测得结果及计算公式可知面各个方向的应变是槽深 Z 的函数。
（3）剥层法

其工作原理为：当从含有残余应力的平板上去除一层材料时，其内部残余应
力将不再平衡，当它重新平衡时将导致平板变曲，平板弯曲的曲率取决于被去除
掉的那层材料的原来的残余应力分布和遗留部分材料的弹性性能。通过逐层去除
并测量其去除后的曲率，平板的原始残余应力分布就可通过计算得到，常用于测

定几何形状简单的试件的残余应力，测试过程快捷。剥层法仅适合于平板类样品，
可用于测量内部宏观残余应力，但不能用于表面应力或近表层内力的测量。

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