一种管棒形材料残余应力无压痕应变测定装置及方法与流程

本发明涉及检测技术领域，特别是涉及一种管棒形材料残余应力无压痕应变测定装置及方法。

背景技术：

在钢结构的工程项目中，为了达到预期的设计效果，通常对制作完成后的钢结构要进行消除应力处理（对某些需要预应力的设计除外），然而，如何检验其真实的应力消除效果，尚缺乏一种准确有效的测试方法。

目前，对金属材料较为成熟的是根据《金属材料残余应力测定压痕应变法》gbt24179-2009提供的压痕应变法，它的基本原理是在平面应力场中，由压入球形压痕产生的材料流变会引起受力材料的松弛变形（拉应力区材料缩短，压应力区材料伸长），与此同时，由压痕自身产生的弹塑性区及其周围的应力应变场在残余力的作用下也要产生相应变化。这两种变形行为的叠加所产生的应变变化量可称之为叠加应变增量（简称应变增量）。利用球形压痕诱导产生的应变增量求解残余应力的方法就叫做压痕应变法压痕应变法采用电阻应变花作为测量用的敏感元件，在应变栅轴线中心点通过机械加载制造一定尺寸的压痕，通过应变仪记录应变增量数值，利用事先对所测材料标定得到的弹性应变与应变增量的关系得到残余应变大小，再利用胡克定律求出残余应力。

但是，通过接触性压痕诱导产生的应变增量同时也对材料的应力分布产生影响，在残余应力场中产生的应变增量与弹性应变之间存在着诸多不确定的关系，由此，影响对材料的应力测试的准确性。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过一种测试材料应力消除效果的检验方法，在gbt24179-2009技术方案的基础上避免由于球形压痕而导致对材料的应力分布产生影响，提高应力测试的准确性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种管棒形材料残余应力无压痕应变测定装置，包括无压折弯试验机，其特征在于：所述无压折弯试验机包括两个固定在两个转轴上的套管，两个套管可在转轴上以三维空间轴线为旋转中心旋转，两个转轴约束在一条直线上相向或相反移动。

一种管棒形材料残余应力无压痕应变测定方法，采用上述装置，其特征在于：取出包括多个材质、结构相同的被检工件，部分实施残余应力消除，作为标定样件；部分未实施残余应力消除，作为被检样件；对标定样件和被检样件进行曲率法比对检验或拉伸法比对检验，其特征在于：所述的曲率法比对检验为，使用无压折弯实验机对标定样件和被检工件的两端分别使用可轴向转动、沿轴向相向移动的套管实施约束，通过两端套管转轴施加垂直于工件轴线的相反方向的转动力，随着转动力的加大，两端套管转轴间距减小，使得标定样件和被检工件中部产生弯曲变形；所述的拉伸法对比检验为，分别对标定样件和被检工件的两端实施约束，一端固定另端施加反向的轴向拉力，或两端同时施加反向的轴向拉力，使得标定样件和被检工件伸长变形。

在所述曲率法比对检验中，所述的垂直于被检工件轴线的转动力，在被检材料的塑性延伸强度80%的扭矩范围内均匀递增设定数个转动力，使得标定样件和被检工件逐步弯曲变形，采用计量工具测量标定样件和被检工件的逐步弯曲后的曲率，并以转动力载荷值和曲率值为坐标轴制作标定样件和被检工件的转动力－曲率标定曲线。

在所述拉伸法对比检验中，以被检材料的屈服强度范围内匀递增设定数个拉力载荷，使得标定样件和被检工件逐步伸长变形，采用计量工具测量标定样件和被检工件的逐步伸长后的长度，并以拉力载荷值和伸长后的长度值为坐标轴制作标定样件和被检工件的拉力－长度标定曲线。

在取得上述不同应力水平下标定样件和被检工件的转动力－曲率标定曲线及拉力－长度标定曲线的应变增量数据，判定分析被检验样件残余应力。

所述的使用无压折弯机对标定样件和被检工件的两端实施约束，该两端之间的长度为管棒直径或边长的5～8倍。

当由于被检工件的特殊情况，导致被检工件通过曲率法比对检验、拉伸法对比检验也不能获得可靠的检测数据时，可进一步的，根据被检工件的实际情况，实施扭转法对比检验，即一端固定另端施加的沿着工件周向的扭转力，或两端同时施加沿着工件周向的方向相反的扭转力，通过比对标定样件和被检工件的周向扭转力，判定分析被检验样件残余应力。进一步的，在所述扭转法对比检验中，以被检材料的弹性模量范围内匀递增设定数个扭转力，使得标定样件和被检工件逐步扭转变形，采用计量工具测量标定样件和被检工件的逐步扭转后的扭转角度，并以扭转载荷值和扭转角度值为坐标轴制作标定样件和被检工件的扭转力－扭转角度标定曲线。在取得上述不同应力水平下标定样件和被检工件的转动力－曲率标定曲线、拉力－长度标定曲线、扭转力－扭转角度标定曲线应变增量数据，判定分析被检验样件残余应力。

本发明的有益效果是一种管棒形材料残余应力无压痕应变测定装置及方法，避免由于接触性压痕而导致对材料的应力分布产生影响，提高应力测试的准确性，较大的提高应力测试的准确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例的曲率法比对检验示意图。

图2为本发明实施例的拉伸法比对检验示意图。

图3为本发明实施例的扭转法比对检验示意图。

图中，a.标定样件，b.被检工件，mx.转动力，f.拉力，mz.扭转力。

具体实施方式

在图1、图2所示的实施例中，一种管棒形材料残余应力无压痕应变测定装置，包括无压折弯试验机，其特征在于：所述无压折弯试验机包括两个固定在两个转轴上的套管，两个套管可在转轴上以三维空间轴线为旋转中心旋转，两个转轴约束在一条直线上相向或相反移动。

一种管棒形材料残余应力无压痕应变测定方法，采用上述装置，其特征在于：取出包括多个材质、结构相同的被检工件b，部分实施残余应力消除，作为标定样件a；部分未实施残余应力消除，作为被检样件；对标定样件a和被检样件进行曲率法比对检验或拉伸法比对检验，其特征在于：所述的曲率法比对检验为，使用无压折弯实验机对标定样件a和被检工件b的两端分别使用可轴向转动、沿轴向相向移动的套管实施约束，通过两端套管转轴施加垂直于工件轴线的相反方向的转动力mx，随着转动力mx的加大，两端套管转轴间距减小，使得标定样件a和被检工件b中部产生弯曲变形；所述的拉伸法对比检验为，分别对标定样件a和被检工件b的两端实施约束，一端固定另端施加反向的轴向拉力f，或两端同时施加反向的轴向拉力f，使得标定样件a和被检工件b伸长变形。

在所述曲率法比对检验中，所述的垂直于工件轴线的转动力mx，在被检材料的塑性延伸强度80%的扭矩范围内均匀递增设定数个转动力mx，使得标定样件a和被检工件b逐步弯曲变形，实验步骤如下：mx0→mx1→持荷→测定→mx0，mx0→mx2→持荷→测定→mx0，mx0→mx3→持荷→测定→mx0……，循环以上步骤，采用计量工具测量标定样件a和被检工件b的逐步弯曲后的曲率，并以转动力mx载荷值和曲率值为坐标轴制作标定样件a和被检工件b的转动力－曲率标定曲线。

在所述拉伸法对比检验中，以被检材料的屈服强度范围内匀递增设定数个拉力f，使得标定样件a和被检工件b逐步伸长变形，实验步骤如下：f0→f1→持荷→测定→f0，f0→f2→持荷→测定→f0，f0→f3→持荷→测定→f0……，循环以上步骤，采用计量工具测量标定样件a和被检工件b的逐步伸长后的长度，并以拉力f载荷值和伸长后的长度值为坐标轴制作标定样件a和被检工件b的拉力－长度标定曲线。

在取得上述不同应力水平下标定样件a和被检工件b的转动力－曲率标定曲线及拉力－长度标定曲线的应变增量数据，判定分析被检验样件残余应力。

所述的使用无压折弯机对标定样件a和被检工件b的两端实施约束，该两端之间的长度为管棒直径或边长的5～8倍。

在图3所示的实施例中，当由于被检工件b的特殊情况，导致被检工件b通过曲率法比对检验、拉伸法对比检验也不能获得可靠的检测数据时，可进一步的，根据被检工件b的实际情况，实施扭转法对比检验，即一端固定另端施加的沿着工件周向的扭转力mz，或两端同时施加沿着工件周向的方向相反的扭转力mz，通过比对标定样件a和被检工件b的周向扭转力mz，判定分析被检验样件残余应力。进一步的，在所述扭转法对比检验中，以被检材料的弹性模量范围内匀递增设定数个扭转力mz，使得标定样件a和被检工件b逐步扭转变形，实验步骤如下：mz0→mz1→持荷→测定→mz0，mz0→mz2→持荷→测定→mz0，mz0→mz3→持荷→测定→mz0……，循环以上步骤，采用计量工具测量标定样件a和被检工件b的逐步扭转后的扭转角度，并以扭转载荷值和扭转角度值为坐标轴制作标定样件a和被检工件b的扭转力－扭转角度标定曲线。在取得上述不同应力水平下标定样件a和被检工件b的转动力－曲率标定曲线、拉力－长度标定曲线、扭转力－扭转角度标定曲线应变增量数据，判定分析被检验样件残余应力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域任何技术人员对本发明的技术方案所作的任何修改、等同替换和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。