測應力損傷的方法(應力應變測試常用的方法)

1.應力應變測試常用的方法有哪些

常見(jiàn)的應力測試方法

應力儀或者應變儀是來(lái)測定物體由于內應力的儀器。一般通過(guò)采集應變片的信號，而轉化為電信號進(jìn)行分析和測量。

應力測試一般的方法是將應變片貼在被測定物上，使其隨著(zhù)被測定物的應變一起伸縮，這樣里面的金屬箔材就隨著(zhù)應變伸長(cháng)或縮短。很多金屬在機械性地伸長(cháng)或縮短時(shí)其電阻會(huì )隨之變化。應變片其實(shí)就是應用了這個(gè)原理，通過(guò)測量電阻的變化而對應變進(jìn)行測定。一般應變片的敏感柵所使用的是銅鉻合金材料，這種材料其電阻變化率為常數，它與應變成正比例關(guān)系。

我們通過(guò)惠斯通電橋，便可以將這種電阻的比例關(guān)系轉化為電壓。然后不同的儀器，可以將這種電壓的變化轉化成可以測量的數據。

對于應力儀或者應變儀，關(guān)鍵的指標有： 測試精度，采樣速度，測試可以支持的通道數，動(dòng)態(tài)范圍，支持的應變片型號等。并且，應力儀所配套的軟件也至關(guān)重要，需要能夠實(shí)時(shí)顯示，實(shí)時(shí)分析，實(shí)時(shí)記錄等各種功能，高端的軟件還具有各種信號處理能力。

2.熱應力的測定方法

一，實(shí)驗目的？1.了解熱應力實(shí)驗裝置的組成，各部分的作用及使用方法；？2.了解金屬構件在熱循環(huán)過(guò)程中熱應力的產(chǎn)生原因，過(guò)程及分布規律；？3.熟悉鑄造熱應力對鑄件質(zhì)量的影響以及減小鑄造熱應力的措施.？二，實(shí)驗內容？1.在計算機上，利用《鑄造應力》實(shí)驗教學(xué)課件，了解鑄造應力的分類(lèi)，形成原因，測定原理，對鑄件質(zhì)量的影響及采用應力框測定鑄造熱應力的實(shí)際過(guò)程；？2.熟悉熱應力實(shí)驗裝置的使用方法及熱應力測定的過(guò)程；？3.記錄，處理和分析實(shí)驗數據，繪出應力-溫度曲線(xiàn).？三，實(shí)驗裝置簡(jiǎn)介？本實(shí)驗所使用的熱應力實(shí)驗裝置是一種模擬測定裝置，該裝置由應力框部件，溫控顯示箱和 計算機系統三部分組成.？1.應力框部件？這是實(shí)驗裝置的核心部件，由應力框，拉壓力傳感器，溫度傳感器，加熱體和冷卻水管路等組成，如圖2-1所示.？三根直徑相同的應力桿（？A,B,C？）由側支架支撐，組成相互關(guān)聯(lián)的金屬構架（應力框）.桿？A,C？與支架固定在一起，桿？B？的一端與支架固定，另一端與支架之間可作相對水平移動(dòng)，只有擰緊螺栓？G？時(shí)才被鎖定，此時(shí)應力框成為剛性結構，以便進(jìn)行實(shí)驗.松開(kāi)螺栓時(shí)，桿？B？可自由伸縮，三桿間的約束被解除，以此模擬桿？B？在高溫下的塑性變形.加熱體（電阻絲）？R？用于改變應力桿的溫度，以造成三桿間的溫差，從而產(chǎn)生內應力.各桿的溫度變化由溫度傳感器？W?A,W?B,W?C？測定.？拉壓力傳感器？D,E,F？用于測量各桿承受的內應力.桿？A,C？上的拉壓力傳感器的最大量程為2 kN，桿？B？上的拉壓力傳感器的最大量程為5 kN，輸出毫伏級電壓信號.？為保證傳感器本身溫度恒定，采用循環(huán)水進(jìn)行冷卻.？2.溫度控制顯示箱？它由溫控儀，穩壓電源及顯示儀表組成，如圖2-2所示.？溫控儀（型號WMZK-01）?A?1,A?2,A?3？接收溫度傳感器的信號，顯示各應力桿的溫度，并可設定極限溫度以控制加熱體的工作狀態(tài).？穩壓電源向拉壓力傳感器提供24 V工作電壓.？電壓表V用于顯示實(shí)驗裝置總電路的工作電壓.毫伏表mV用于顯示拉壓力傳感器的輸出信號.表中顯示的值為實(shí)際輸出信號的10倍.該毫伏值與作用力大小成正比關(guān)系.經(jīng)測定，5 kN量程時(shí)，當量值為0.067 kN/mV;24 kN量程時(shí)，當量值為0.025 kN/mV.3.計算機系統？由主機，顯示器及打印機組成.應力桿的輸出信號被放大1 000倍，后經(jīng)計算機處理后以坐標圖形式顯示在屏幕上，以便直觀(guān)地看到應力變化趨勢.該坐標圖的橫軸為時(shí)間軸，縱軸為應力（或電壓）軸.所顯示的圖像中，橫坐標軸下方的曲線(xiàn)為桿？B？所受應力的動(dòng)態(tài)變化情況（其上方的兩條曲線(xiàn)與桿？A,C？對應）.屏幕圖像可存儲和重現，亦可通過(guò)打印機打印出來(lái).？四，實(shí)驗原理？金屬構件在熱循環(huán)過(guò)程中，由于材料熱傳導特性等因素的影響，構件各部分之間，構件表層與心部之間必然存在溫差，致使金屬構件的膨脹，收縮量有所差異，加之剛性構架中各部分之間的互相制約，于是在不同的溫度區間里在構件中便會(huì )形成熱應力.？基于上述原理，將應力框的中間應力桿？B加熱，隨著(zhù)溫度的升高，其長(cháng)度將有所增加.由于桿B已被鎖定，于是形成兩側桿A,C與桿B之間的約束狀態(tài)，致使桿A,C受拉，桿B？受壓.此時(shí)三桿間的相互作用通過(guò)拉壓力傳感器以電壓信號的形式輸出，由毫伏表和屏幕顯示出來(lái).三桿間的溫差越大，作用力也越大.根據標定的作用力與電壓間的當量值可計算出作用力（應力）的數值.加熱到最高溫度時(shí)松開(kāi)鎖緊螺栓，使三桿間的約束解除，相當于中間桿？B？發(fā)生了塑性變形.由于作用力消失，因此毫伏表指針和屏幕顯示的曲線(xiàn)均回歸零位.再次鎖緊中間桿，并停止加熱，則在冷卻過(guò)程中，三桿間又產(chǎn)生符號相反的作用力.？五，實(shí)驗設備？熱應力測定儀，微型計算機（含《鑄造應力》CAI軟件）.？六，實(shí)驗步驟？1.計算機仿真測定？1）在計算機上，利用《鑄造應力》實(shí)驗教學(xué)課件，了解鑄造應力的分類(lèi)，成因，分布規律及其影響；？2）用應力框法進(jìn)行鑄造熱應力的仿真測定.？2.使用熱應力實(shí)驗裝置進(jìn)行鑄造熱應力的測定？1）檢查實(shí)驗裝置各部件，管路，接頭的連接是否正確與完好；檢查電器線(xiàn)路，接口連接正確及接觸良好與否；檢查確認應力框部分接地良好與否.設定溫度控制儀的極限加熱溫度值（桿間溫差不大于60 ℃）.？2）接通電源，開(kāi)啟溫度控制儀；接通穩壓電源，開(kāi)啟計算機，并使計算機處于C\>狀態(tài).進(jìn)行如下計算機操作：？SAMPLE？ 顯示菜單？0？ 顯示File Name——？輸入文件名（或？）？ 顯示hour——？輸入時(shí)（0），分（30），秒（0）數和采樣時(shí)間（1 ms）.？顯示坐標圖.？3）鎖定桿B.適當調整桿A,C緊固程度，使各毫伏表的初始指示值最小.？4）接通加熱體電路，加熱中間桿B（為避免加熱速度過(guò)快，可手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)KB1 ，以形成間歇供熱方式）.？5）記錄溫度值和該時(shí)刻與之對應的毫伏表的毫伏值.？6）在設定的極限溫度上停留一段時(shí)間.在紅燈亮的狀態(tài)下，松開(kāi)桿B的鎖緊螺栓G.當毫伏表指針停留在最小數值時(shí)，再次鎖緊中間桿B，同時(shí)切斷加熱體電路.？7）觀(guān)察和記錄冷卻過(guò)程中的溫度值和對應的毫伏數.當毫伏表指針低于0刻度時(shí)，將開(kāi)關(guān)KA2 ,KB。

3.實(shí)驗應力分析的實(shí)驗方法

實(shí)驗應力分析方法目前已有電學(xué)的、光學(xué)的、聲學(xué)的以及其他方法。

有電阻、電容、電感等多種方法，而以電阻應變計測量技術(shù)應用較為普遍，效果較好。①電阻應變計法 電阻應變計是一種能將構件上的尺寸變化轉換成電阻變化的變換器，一般由敏感柵、引線(xiàn)、粘結劑、基底和蓋層構成。

將它安裝在構件表面。構件受載荷作用后，表面產(chǎn)生微小變形，敏感柵隨之變形，致使應變計產(chǎn)生電阻變化，其變化率和應變計所在處構件的應變成正比 。

測出電阻變化，即可按公式算出該處構件表面的應變，并算出相應的應力。依敏感柵材料不同，電阻應變計分金屬電阻應變計和半導體應變計兩大類(lèi)。

另外還有薄膜應變計、壓電場(chǎng)效應應變計和各種不同用途的應變計，如溫度自補償應變計、大應變計、應力計、測量殘余應力的應變化等。②電容應變計法 電容應變計是一種能將構件上的尺寸變化轉換成電容變化的變換器。

試件變形時(shí)，兩電容極片間距隨之變動(dòng)，引起電容變化。測出電容變化率，按公式可算出試件的應變 。

電容 應 變計有弓形 、平板式和桿式等類(lèi)型，多用于發(fā)電廠(chǎng)的管道、設備或核能設備的長(cháng)期高溫應變測量，監視裂紋的形成和發(fā)展，以及對航空航天構件材料進(jìn)行高溫性能測試等。 此法發(fā)展較快，方式較多，逐漸形成光測力學(xué)。

經(jīng)典的光彈性實(shí)驗技術(shù)已從二維、三維模型實(shí)驗（如光彈性法、光彈性應力凍結法）發(fā)展成為能用于工業(yè)現場(chǎng)測量的光彈性貼片法，用來(lái)解決扭轉和軸對稱(chēng)問(wèn)題的光彈性散光法，研究應力波傳播和熱應力的動(dòng)態(tài)光彈性法和熱光彈性法，進(jìn)行彈-塑性應力分析的光塑性法 ， 以及研究復合材料力學(xué)的正交異性光彈性法 。除了上述 經(jīng)典方法外 ，還有云紋法、云紋干涉法、全息干涉法、散斑干涉法、全息光彈性法、焦散線(xiàn)法等。

此外還有80年代發(fā)展起來(lái)的光纖傳感技術(shù)和數字圖像處理技術(shù)等。①光彈性法 運用光學(xué)原理研究彈性力學(xué)問(wèn)題的一種實(shí)驗應力分析方法。

某些各向同性透明的非晶體高分子材料受載荷作用時(shí)，呈現光學(xué)各向異性，使一束垂直入射偏振光沿材料中的兩主應力方向分解成振動(dòng)方向互相垂直、傳播速度不同的兩束平面偏振光；卸載后，又恢復光學(xué)各向同性。這就是所謂的暫時(shí)雙折射效應。

用具有這種效應的透明塑料按一定比例制成零構件模型，置于偏振光場(chǎng)中，施加一定的載荷，模型上便產(chǎn)生干涉條紋。通過(guò)計算，就能確定模型受載時(shí)各部位的應力大小和方向。

此法對應力集中區和三維內部應力問(wèn)題的求解特別有效。②云紋法 通過(guò)測定云紋并對其進(jìn)行分析以確定試件的位移場(chǎng)或應變場(chǎng)的一種實(shí)驗分析法。

其原理是，當柵板和柵片重疊時(shí)，因柵片牢固地粘貼在試件表面而隨之變形，遂使柵板和柵片上的柵線(xiàn)因幾何干涉而產(chǎn)生條紋即云紋。可通過(guò)云紋測定物體表面的等高線(xiàn)，以及板殼的撓度分布等。

③云紋干涉法 幾何云紋法與光學(xué)干涉法相結合的一種實(shí)驗分析法。將高密度衍射光柵精確復制在物體表面，并用激光束照射該光柵，便可通過(guò)光柵衍射波干涉形成的條紋圖，獲得物體表面的變形信息 。

此法靈敏 度高 ，條紋對比度好；能進(jìn)行全場(chǎng)分析，實(shí)時(shí)觀(guān)測，量程幾乎不受限制。④全息干涉法 利用全息照相獲得物體變形前后的光波波陣面相互干涉所形成的干涉條紋圖進(jìn)行物體變形分析的一種方法。

全息照相是一種不用透鏡而能記錄和再現被攝物體的三維圖像的照相方法。它能把來(lái)自物體的光波波陣面的振幅和相位信息以干涉條紋形式記錄下來(lái)，又能在需要時(shí)再現出來(lái)，以觀(guān)察到物體的三維圖像。

全息干涉法的主要內容是研究條紋圖的形成、條紋的定位以及對條紋圖的解釋。對于具有漫反射表面的不透明物體，條紋圖表示物體沿觀(guān)察方向的等位移線(xiàn)；對于透明的光彈性模型（如有機玻璃），則表示模型中主應力之和等于常數的等和線(xiàn)。

常用的全息干涉法有雙曝光法、即時(shí)法和均時(shí)法。⑤散斑干涉法 精確檢測物體表面各點(diǎn)位移的光學(xué)測試法。

激光照射在漫反射物體表面時(shí)，由反射光波干涉形成的散斑隨物體變形或位移而變化。采用適當裝置，通過(guò)雙曝光法把變形前后的散斑記錄在一張全息底片上，經(jīng)顯影定影后便可獲得存儲物體表面各點(diǎn)位移信息的散斑圖。

用激光照射散斑圖，就顯出散斑干涉條紋。在進(jìn)行光學(xué)傅里葉變換信息處理后，便可分析出位移信息。

⑥焦散線(xiàn)法 利用焦散線(xiàn)測量應變（或應力）奇異場(chǎng)力學(xué)參數的一種光學(xué)實(shí)驗法。當一束光垂直照射在一塊受載的帶有邊緣裂紋透明薄板試件的局部高應變場(chǎng)區域時(shí)，由于域內各處厚度的變化十分懸殊，使透過(guò)的光線(xiàn)發(fā)生強烈偏折和匯聚，在試件與像屏間的空間形成一個(gè)明亮的曲面，稱(chēng)為焦散面。

若用一個(gè)半透明屏幕切割此焦散面，就可看到一條明亮的曲線(xiàn)，即焦散線(xiàn)。通過(guò)光學(xué)和力學(xué)分析，可將焦散線(xiàn)的幾何參數與奇異場(chǎng)的力學(xué)參數間的關(guān)系建立起來(lái)，從而通過(guò)測量焦散線(xiàn)的幾何形狀，可求出有關(guān)的力學(xué)量。

⑦光纖傳感技術(shù) 用光纖作“傳”和“感”的元件，當光通過(guò)光纖時(shí)，光的某一特性（如光強、相位、波長(cháng)、偏振等）受到被測物理量的影響而發(fā)生變化，利用這一變化即可測得諸如聲壓、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、位移、加速度、應變、溫度等。光纖傳感器的獨特優(yōu)點(diǎn)是：光纖是一種。

4.殘余應力的測量方法

1.盲孔法殘余應力測量

它的原理是在平衡狀態(tài)下的原始應力場(chǎng)上鉆孔 ，以去除一部分具有應力的金屬，而使圓 孔附近部分金屬內的應力得到松弛，鉆孔破壞了原來(lái)的應力平衡狀態(tài)而使應力重新分布，并呈現新 的應力平衡，從而使圓孔附近的金屬發(fā)生位移或應變，通過(guò)高靈敏度的應變儀，測量鉆孔后的應變 量，就可以計算原應力場(chǎng)的應力值。

殘余應力檢測儀主要采用盲孔法進(jìn)行各種材料和結構的殘余應力分析和研究，還可作為在靜力強度研究中測量結構及材料任意點(diǎn)變形的應力分析儀器。如果配用相應的傳感器，也可以測量力、壓力、扭矩、位移和溫度等物理量。它以計算機為中央微處理機，采用高精度測量放大器、數據采集和處理器，測量中無(wú)需調零，可直接測出殘余應力值的大小及方向，實(shí)現了殘余應力測量的自動(dòng)化。

2.磁測法殘余應力測量

磁測法殘余應力檢測法主要是通過(guò)磁測法來(lái)測定鐵磁材料在內應力的作用下磁導率發(fā)生的變化確定殘余應力的大小和方向。眾所周知，鐵磁材料具有磁疇結構，其磁化方向為易磁化軸向方向，同時(shí)具有磁致伸縮性效應，且磁致伸縮系數是各向異性的，在磁場(chǎng)作用下，應力產(chǎn)生磁各向異性。磁導率作為張量與應力張量相似。通過(guò)精密傳感器和高精度的測量電路，將磁導率變化轉變?yōu)殡娦盘枺敵鲭娏鳎ɑ螂妷海┲祦?lái)反映應力值的變化，并通過(guò)裝有特定殘余應力計算機軟件的計算機計算，得出殘余應力的大小、方向和應力的變化趨勢。

3.X射線(xiàn)衍射法殘余應力測量

在各種無(wú)損測定殘余應力的方法之中，X射線(xiàn)衍射法被公認為最可靠和最實(shí)用的。它原理成熟，方法完善，經(jīng)歷了七十余年的進(jìn)程，在國內外廣泛應用于機械工程和材料科學(xué)，取得了卓著(zhù)成果。 X-射線(xiàn)應力測定儀是一種簡(jiǎn)化和實(shí)用化的X射線(xiàn)衍射裝置，因而它還有一項附加的功能──測定鋼中殘余奧氏體含量。由于它適用于各種實(shí)體工件，而且能夠針對同一點(diǎn)以不同的φ角、Ψ角進(jìn)行測試，以探測織構的影響，這項功能便具備了重要而獨特的用途。