切条法测弯曲条残余应力的夹直测量方法

摘要

本发明解决现有切条法测试钢构件残余应力难以准确获得的问题，公开一种切条法测弯曲条残余应力的夹直测量方法。先准备一个大理石制成的测量台和若干个C形夹，所述测量台包括基座部分和凸缘部分。所述基座部分的上表面为水平面A。所述凸缘部分是水平面A上延伸出的一个长方体状的条形块。所述凸缘部分的一个侧面垂直于水平面A，这个侧面记为垂直面B。采用切条法测量钢构件纵向残余应力的过程中，将切下的钢条搁置于水平面A，并使得钢条的一侧靠着垂直面B。采用若干个C形夹，将钢条与基座部分和凸缘部分夹紧后，测量钢条的标距L。将测得的这个标距L作为计算钢构件纵向残余应力的依据。

说明书

技术领域

本发明属于力学测量领域(G01L测量力、应力、转矩、功、机 械功率、机械效率或流体压力)。

背景技术

测试钢构件残余应力的方法有很多种，也各有优缺点，其中切 条法由于其原理简单、操作简便、精确度高、经济可行，从二十世 纪四十年代至今被大量地运用于钢构件纵向残余应力的测量中，而 且常被用于衡量其它测量方法的准确性。现有的“切条法”中，通 常是在钢构件沿厚度方向进行钻孔定位，然后将构件截面沿构件纵 向分割成细长小条，使得截面内部纵向残余应力得以充分释放，用 手持式应变仪可以测量切割前后钢条长度的变化得到残余应变，再 运用胡克定律计算出截面的残余应力。

现有的“切条法”中，细条标距L的测量值(或者是细条上两 个钻孔之间标距L)是“切条法”最为关键的一个测量值。但是，焰 切边或焊缝部位切割后的小条可能产生明显单向平面弯曲，甚至是 空间扭曲。这些都会使得最终计算出的结果与实际的钢构件残余应 力之间具有误差。

国内外学者均发现了上述问题，大多数解决方法是提出一些修 正公式，参见图5。例如，美国学者提出了修正应变公式： 其中，L是钻孔标距，δ是曲线中部的矢高。国内的 学者提出了按照假设变形曲线是抛物线求得修正应变公式： Δε＝[40(δ/L)²-96(δ/L)⁴]/15。也有国外的学者将变形假设为圆弧曲 线，在切条小变形的情况下，有对弦长到弧长的修正项ε_s，测量锥 与孔径中心不重合引起的弧长修正项ε_h，从切条表面弧长到中间层 弧长的修正项ε_t，同时加入侧向弯曲引起的修正项ε_n，得到如下4 项长度修正项：${ϵ}_s=\frac{8}{3}{\left(\frac{\delta }{L}\right)}^2;{ϵ}_n=\frac{8}{3}{\left(\frac{{\delta }_1}{L}\right)}^2;{ϵ}_h=\frac{4d\delta }{L^2}tan\frac{\alpha }{2};{ϵ}_t=\frac{4t\delta }{L^2},$

其中，δ₁是板平面内弯曲曲线中部的矢高(侧弯矢高)，d是钻孔直 径，t是切条厚度，α是仪器锥角角度。

上述三种修正公式，前两种仅限于弦长到弧长的修正，而第三 种圆弧公式考虑因素更多。抛物线公式和圆弧公式的ε_s修正项十分 接近，但二者的修正数值是第一种修正公式计算结果的2.67倍，在 变形比较明显的时候会产生很大的差别。

同时，这些修正方法都依赖于测量出弯曲切条的弯曲矢高，然 后根据矢高和假设的变形曲线对测得的数据进行修正。但这些假定 的变形曲线本身缺少合理的依据，特别是前面提到的“空间扭曲” 情况，各种变形假设都不是很合适。

进一步地讲，不同学者提出的各项公式之间差别较大，给残余 应力测试结果带来了不确定性和很大的困扰。本领域技术人员往往 难以选择合适的方式，实际测量中难以真实地得到钢构件残余应力。

发明内容

本发明的目的是解决现有切条法的过程中，产生不可预计的变 形，导致钢构件残余应力难以准确获得的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，准备一个大理 石制成的测量台和若干个C形夹，所述测量台包括基座部分和凸缘 部分。所述基座部分的上表面为水平面A。所述凸缘部分是水平面A 上延伸出的一个长方体状的条形块。所述凸缘部分的一个侧面垂直 于水平面A，这个侧面记为垂直面B。采用切条法测量钢构件纵向残 余应力的过程中，将切下的钢条搁置于水平面A，并使得钢条的一侧 靠着垂直面B。采用若干个C形夹，将钢条与基座部分和凸缘部分夹 紧后，测量钢条的标距L。将测得的这个标距L作为计算钢构件纵向 残余应力的依据。

本发明达到的技术效果将通过一个实施例进行说明。

附图说明

图1为本发明测量台示意图；

图2为钢构件切割示意图；

图3C形夹示意图；

图4切条示意图；

图5切条变形示意图；

图6切条中间层纤维示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本 发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思 想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换 和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

本实施例公开，一种切条法测弯曲条残余应力的夹直测量方 法。值得说明的是，本实施例所涉及的被测试样、计算模型与现有 切条法测试残余应力的方法一样。图2对此进行了举例说明：图中 为一厚度为h的平板状钢构件，在平板的上表面打孔K1和孔K2，打 孔后用手持式应变仪测量孔K1和孔K2之间的距离L₀(手持式应变 仪的尖头插足插入孔中)，然后沿着切割线切下一块钢条(如图4)。 钢条的厚度即为平板状钢构件的厚度h，钢条的长度为y、宽度为x。 准备一个如图1那样的大理石制成的测量台1和若干个如图3所示 的C形夹。

参见图1，所述测量台1包括基座部分101和凸缘部分102。所 述基座部分101的上表面为水平面A。所述凸缘部分102是水平面A 上(向上)延伸出的一个长方体状的条形块。所述凸缘部分102的 一个侧面垂直于水平面A，这个侧面记为垂直面B。水平面A和垂直 面B构成一个L形面。

将前面提到的钢条搁置于水平面A，并使得钢条的一侧(切割面) 靠着垂直面B。优选地，垂直面B的高度大于或等于h，水平面A的 宽度远远大于x。水平面A、垂直面B均打磨光滑。

采用若干个C形夹，将钢条与基座部分101和凸缘部分102夹 紧。例如，可以采用三个C形夹，让其钳口夹紧钢条与凸缘部分102 (钳口分别接触图中的F面和N面)，紧固这些C形夹的螺栓，即使 得钢条的H面紧贴平整度较高的垂直面B。再采用三个C形夹，使其 钳口夹紧钢条与基座部分101(钳口分别接触图中的M面和E面)， 紧固这些C形夹的螺栓，即使得钢条的G面紧贴平整度较高的水平 面A。

测量钢条的标距L。实施例中，标距L即是用手持式应变仪测得 的切割后孔K1和孔K2之间的距离L(即钻孔标距，手持式应变仪的 尖头插足插入孔中)，将测得的这个标距L作为计算钢构件纵向残余 应力的依据，其余参数均采用与现有技术类似的方式获得。

本实施例说明了本发明的优点和积极效果：避免了对切条后弯 曲形状的探讨和对变形形状的测量。通过对弯曲条的夹直处理，可 以直接测得切条中间层纤维的直线长度(如图6)，从而可直接采用 胡克定律得到最终的残余应力。残余应力是构件截面内自平衡的内 应力，其合力应为零。因此，测得残余应力分布和数值是否准确可 用整个截面的不平衡应力来初步衡量。采用切条法测试8个460MPa 焊接H形截面残余应力，其中涉及到的参数L的测量同上述方法， 每个截面的不平衡应力如下表：

截面编号 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 不平衡应力(MPa) 6 4 7 6 5 5 8 -2

由上表可知，最大的不平衡应力为8MPa，仅为名义屈服应力 (460MPa)的1.7％，远小于残余应力测量可以接受的误差范围。可 以验证本专利公开的方法精度高、准确可靠。