一種基于裂紋柔度的板材內(nèi)部殘余應(yīng)力檢測方法
【專利摘要】一種基于裂紋柔度的板材內(nèi)部殘余應(yīng)力檢測方法，用于測試材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布情況，包括以下步驟：（1）試樣制備，（2）應(yīng)變片粘貼，（3）裝夾定位，（4）參數(shù)選定，（5）測試實驗，（6）突發(fā)狀況應(yīng)對機制以及（7）柔度函數(shù)計算等步驟。該方法系統(tǒng)、準確地完成基于裂紋柔度法的殘余應(yīng)力測試實驗的應(yīng)變采集，同時可以高效完成柔度函數(shù)的計算，最終方便工程人員快捷、高效地獲得所測材料的殘余應(yīng)力；該方法通過對測試規(guī)程的系統(tǒng)化和規(guī)范化，提高了應(yīng)變采集的精度和效率，且有限元法柔度函數(shù)計算速度快、效率高，可廣泛應(yīng)用于工程中板材內(nèi)部應(yīng)力的檢測。
【專利說明】一種基于裂紋柔度的板材內(nèi)部殘余應(yīng)力檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于預(yù)拉伸板材內(nèi)部殘余應(yīng)力的檢測方法，屬于材料內(nèi)部應(yīng)力檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]高強度變形鋁合金因其密度小、強度高、抗應(yīng)力腐蝕性能好等優(yōu)點，已成為航空整體結(jié)構(gòu)件的常用材料。在整體結(jié)構(gòu)件的銑削加工過程中，由于毛坯初始殘余應(yīng)力而引起的加工變形，已成為制約我國航空整體結(jié)構(gòu)件制造的關(guān)鍵難題之一。因此，毛坯初始殘余應(yīng)力的精確測量是實現(xiàn)對航空整體結(jié)構(gòu)件變形預(yù)測與分析的基礎(chǔ)和前提。隨著技術(shù)的發(fā)展，近幾年先后提出了逐層鉆孔法、剝層法、剝層X射線衍射法、中子衍射法、裂紋柔度法等殘余應(yīng)力測試方法，其中裂紋柔度法與其它方法相比，具有靈敏度高、精度好，操作簡單、費用低等優(yōu)勢，特別適用于鋁合金預(yù)拉伸板材這種應(yīng)力分布方向性、規(guī)律性較強的材料。
[0003]裂紋柔度法最早是由M.B.Prime應(yīng)用到鋁合金預(yù)拉伸板材的殘余應(yīng)力測試，之后有人利用鉆孔法與X射線衍射法驗證了裂紋柔度法的敏感性和準確性；有人通過引入權(quán)函數(shù)對殘余應(yīng)力的測量和計算進行了改進，并用梁彎曲試驗驗證了其合理性；有人基于應(yīng)力總不確定度最小，確定了最優(yōu)插值函數(shù)階數(shù)的選取方法。然而，在這些研究中，沒有對應(yīng)變采集精度及柔度函數(shù)的計算方式進行探究，它們對計算的精度和效率有著較大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對裂紋柔度法對材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的檢測存在的精度和效率較低的問題，為了提高應(yīng)變的采集精度，本發(fā)明提供一種基于裂紋柔度的板材內(nèi)部殘余應(yīng)力檢測方法，該方法對應(yīng)變采集精度及柔度函數(shù)的計算方式進行探究，提高了殘余應(yīng)力的計算精度和檢測效率。
[0005]本發(fā)明的基于裂紋柔度的材料內(nèi)部殘余應(yīng)力檢測方法，包括以下步驟:
[0006](I)試樣制備:
[0007]在板材的內(nèi)部(遠離板材邊緣的區(qū)域)截取試樣，試樣的長度和寬度尺寸均為板材厚度尺寸的2.3-2.5倍，切割試樣時試樣的長度和寬度邊界至少有一個與板材軋制方向垂直或平行，再截取一塊用于應(yīng)變的補償試樣；
[0008]以試樣的一個切割面作為第一基準面，與第一基準面相鄰的一個切割面作為第二基準面，沒有切割過的試樣兩個表面作為試樣的正反面(也就是板材的正反面)，清除試樣各表面的污物，在試樣的相應(yīng)位置標記出板材的軋制方向、試樣的基準面和試樣的正反面；
[0009](2)粘貼應(yīng)變片:
[0010]①應(yīng)變片粘貼位置的選定:基于第一基準面，在試樣正面畫豎直和水平的兩條對稱線，稱為正面豎直基準線和正面水平基準線，在試樣反面畫豎直和水平的兩條對稱線，稱為反面豎直基準線和反面水平基準線；在試樣的正面畫一條與正面豎直基準線平行且間距為5mm的豎直定位線，以該豎直定位線和正面水平基準線的交點為中心，準備貼一片正面應(yīng)變片，保證正面應(yīng)變片的豎直定位角對準豎直定位線；以反面豎直基準線和反面水平基準線的交點為中心準備貼一片反面應(yīng)變片，保證反面應(yīng)變片的豎直定位角與反面豎直基準線重合；
[0011]②應(yīng)變片檢查:應(yīng)變片使用前應(yīng)進行外觀檢查和阻值測量，外觀檢查就是檢查敏感柵有無銹斑和缺陷，基底覆蓋層有無破損，基底是否有氣泡、皺折和坑點；引線是否牢固；阻值檢測就是檢查應(yīng)變片是否有短路或斷路情況，其阻值是否在應(yīng)變采集箱可平衡范圍內(nèi)；
[0012]③試樣表面處理:打磨試樣需貼應(yīng)變片的位置并用酒精將打磨過的表面擦拭干凈;
[0013]④粘貼應(yīng)變片:在應(yīng)變片的背面滴上速干膠，并將膠刮平，按步驟①給出的應(yīng)變片的粘貼位置準確粘上正面應(yīng)變片和反面應(yīng)變片，在應(yīng)變片上蓋一層聚乙烯薄膜，沿應(yīng)變片軸線方向用手指滾壓1-2分鐘，排凈氣泡并擠出多余的速干膠，待速干膠自然干燥后，揭掉聚乙烯薄膜；
[0014]⑤對粘貼的應(yīng)變片檢查:對基底有損壞、敏感柵有變形短路和斷路、貼片位置不正確、有氣泡、局部沒粘上、絕緣強度不符合要求的情況，應(yīng)排除或鏟除重貼；將應(yīng)變片的兩根引線挑起，截取一塊接線端子，粘在應(yīng)變片的后面；
[0015]⑥連線:將應(yīng)變片的引線焊到接線端子的一端，把數(shù)據(jù)連接線焊到接線端子的另一端，連接好端子后，對應(yīng)變片進行電阻測試，確保測試的阻值與應(yīng)變片的標定阻值一樣，并在應(yīng)變片上涂抹絕緣膠作為防護；然后將試樣的數(shù)據(jù)連接線連到應(yīng)變采集箱的1-8通道上，補償試樣的連接線接到應(yīng)變采集箱的補償通道上；試樣和補償件用一根導(dǎo)電線連接，再將導(dǎo)電線連接到應(yīng)變采集箱的地線接口上，保證試樣與應(yīng)變采集箱可靠接地；
[0016](3)裝夾和定位:
[0017]將試樣的第一基準面置于線切割機床的工作臺上，并裝夾在，貼有正面應(yīng)變片的一側(cè)懸空，并對試樣的反面表面找平，最終保證試樣的被加工面與機床的XOZ面平行；然后將電極絲移動到工件的反面，并移動到電極絲與該面的反面基準線對齊，此時為機床的X軸清零，然后將電極絲移回至試樣正面；同時對y軸清零；
[0018](4)切割參數(shù)選定:
[0019]切割參數(shù)包括進給量和進給次數(shù)，將進給次數(shù)定在30-40次；最終不需要將工件切斷:切割到工件厚度的95%-98%時獲得的數(shù)據(jù)都是有效的，當快切割到試樣反面的時候，在機床不通電的情況下，托起懸空的試樣，托起的力等于試樣的重量，如果讀數(shù)有明顯的波動則立刻停止切割；如果出現(xiàn)讀數(shù)無法穩(wěn)定的情況，停止切割；最大切割到試樣厚度的98% ；
[0020](5)測試實驗:
[0021]每次進給結(jié)束后，保持電極絲在最終的位置持續(xù)工作10-15秒，然后停止切割并將電極絲斷電，待應(yīng)變數(shù)據(jù)穩(wěn)定在1_2μ ε內(nèi)變化時，記錄數(shù)據(jù)并繼續(xù)切割；
[0022]( 6 )突發(fā)情況處理方法:
[0023]①斷絲:如果斷絲應(yīng)立刻停機，并記錄此時的應(yīng)變數(shù)值，并將電極絲移出試樣，重新穿絲，然后在給電極絲定位時將電極絲移到裂縫的尖端，待應(yīng)變數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄此時的數(shù)據(jù)；如果因為材料屬性問題裂縫發(fā)生閉合，無法將電極絲移至裂縫尖端，則在裂縫內(nèi)進行穿絲；如果無法實現(xiàn)穿絲，從試樣表面重新切入；
[0024]②裂縫閉合:裂縫發(fā)生閉合，則從頭再切進去；
[0025]③裂紋擴展:當切割到殘余拉應(yīng)力區(qū)時，裂紋發(fā)生自發(fā)地擴展，此時測試停止，當然這種情況極少發(fā)生；
[0026](7)測試后的相關(guān)尺寸測量，需要采集如下參數(shù):
[0027]①裂紋的寬度，在裂縫的末端量??；
[0028]②切口到應(yīng)變片中心的距離；
[0029]③試樣的厚度；
[0030]④裂紋的長度；
[0031]⑤將試樣反過來重復(fù)1-4步，然后取數(shù)值的平均值；
[0032](8)柔度函數(shù)的計算:
[0033]采用有限元軟件來進行柔度函數(shù)的計算，首先對試樣建模，并將插值函數(shù)作為初始應(yīng)力載荷沿厚度方向施加到模型上，通過模擬裂紋的產(chǎn)生，同時輸出所需點的位移值來得到柔度函數(shù)值；步驟如下:
[0034]①建模與網(wǎng)格劃分:根據(jù)試樣的對稱性，以線切割的裂紋為對稱軸，對半個試樣建模和網(wǎng)格劃分，采用八節(jié)點平面應(yīng)變單元，試樣左側(cè)網(wǎng)格間距為裂紋寬度的一半，其余網(wǎng)格從左往右過渡到網(wǎng)格間距2mm，并輸入材料的彈性模量和泊松比；
[0035]②載荷與邊界條件:約束試樣左側(cè)X方向及左下側(cè)端點的x、z方向的位移自由度；并利用Load Case功能將2_14階勒讓德多項式分別作為初始應(yīng)力載荷沿板的厚度方向加載；
[0036]③裂紋模擬及數(shù)據(jù)輸出:通過使裂紋處單元依次失效來模擬裂紋的產(chǎn)生，最終輸出應(yīng)變片所在位置處節(jié)點的位移值。
[0037]本發(fā)明可以系統(tǒng)、準確地完成基于裂紋柔度法的殘余應(yīng)力測試實驗的應(yīng)變采集，同時可以高效完成柔度函數(shù)的計算，最終方便工程人員快捷、高效地獲得所測材料的殘余應(yīng)力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為測試實驗示意圖。
[0039]圖2為應(yīng)變片粘貼位置示意圖。
[0040]圖3為尺寸采集示意圖。
[0041]圖4為柔度函數(shù)計算建模流程圖。
[0042]圖5為有限元網(wǎng)格劃分示意圖。
[0043]圖中:1、第一基準面，2、反面應(yīng)變片，3、第二基準面，4、工作臺，5、反面豎直基準線，6、反面水平基準線，7、正面豎直基準線，8、豎直定位線，9、正面水平基準線，10、正面應(yīng)變片，11、第一數(shù)據(jù)采集點，12、第二數(shù)據(jù)采集點。
【具體實施方式】
[0044]本發(fā)明的基于裂紋柔度的材料內(nèi)部殘余應(yīng)力檢測方法，包括以下具體步驟:[0045]1.試樣要求及制備
[0046]在板材的內(nèi)部(遠離板材邊緣的區(qū)域)截取試樣,試樣的長度和寬度尺寸均為板材厚度尺寸的2.3-2.5倍，切割試樣時試樣的長度和寬度邊界與板材軋制方向垂直或平行，應(yīng)確保長度和寬度邊界至少有一個與板材軋制方向垂直或平行，再截取一塊小試樣用于應(yīng)變的補償試樣；
[0047]以試樣的一個切割面作為第一基準面，與第一基準面相鄰的一個切割面作為第二基準面，沒有切割過的試樣兩個表面作為試樣的正反面(也就是板材的正反面)，清除試樣各表面的污物,在試樣的相應(yīng)位置標記出板材的軋制方向、試樣的基準面和試樣的正反面。
[0048]2.粘貼應(yīng)變片:
[0049](I)應(yīng)變片粘貼位置的選定:基于第一基準面1，在試樣正面畫豎直和水平的兩條對稱線，稱為正面豎直基準線7和正面水平基準線9。在試樣反面畫豎直和水平的兩條對稱線，稱為反面豎直基準線5和反面水平基準線6。在試樣的正面畫一條與正面豎直基準線7平行且間距為5mm的豎直定位線8，并基于該豎直定位線8和正面水平基準線9 (以該豎直定位線和正面水平基準線的交點為中心)，準備在試樣正面貼一片正面應(yīng)變片10，保證應(yīng)變片10的豎直定位角對準豎直定位線8。準備在反面豎直基準線5和反面水平基準線6的交點處(以反面豎直基準線和反面水平基準線的交點為中心)貼一片反面應(yīng)變片2，保證反面應(yīng)變片2的豎直定位角與反面豎直基準線5重合。
[0050](2)應(yīng)變片檢查:應(yīng)變片使用前應(yīng)進行外觀檢查和阻值測量，外觀檢查就是檢查敏感柵有無銹斑和缺陷，基底和覆蓋層有無破損，基底是否有氣泡、皺折和坑點；引線是否牢固；阻值檢測就是檢查應(yīng)變片是否有短路或斷路情況，其阻值是否在應(yīng)變采集箱可平衡范圍內(nèi)；
[0051](3)試樣表面處理:打磨試樣需貼應(yīng)變片的位置并用酒精將打磨過的表面擦拭干凈;
[0052](4)粘貼應(yīng)變片:在應(yīng)變片的背面滴上速干膠，并將膠刮平，將應(yīng)變片的定位角對準試樣上畫出的應(yīng)變片的粘貼定位線，按步驟①給出的應(yīng)變片的粘貼位置準確粘上正面應(yīng)變片和反面應(yīng)變片，在應(yīng)變片上蓋一層聚乙烯薄膜，沿應(yīng)變片軸線方向用手指滾壓1-2分鐘，排凈氣泡并擠出多余的速干膠，待速干膠自然干燥后，揭掉聚乙烯薄膜；
[0053](5)對粘貼的應(yīng)變片檢查:對基底有損壞、敏感柵有變形短路和斷路、貼片位置不正確、有氣泡、局部沒粘上、絕緣強度不夠的情況，應(yīng)排除或鏟除重貼；將應(yīng)變片的兩根引線挑起，截取一塊接線端子，粘在應(yīng)變片的后面(接線端子是一個塑料片，上面有四個焊點，用于連接應(yīng)變片的銅絲與數(shù)據(jù)線纜);
[0054](6)連線:將應(yīng)變片的引線焊到接線端子的一端，把數(shù)據(jù)連接線焊到接線端子的另一端，連接好端子后，對應(yīng)變片進行電阻測試，確保測試的阻值與應(yīng)變片的標定阻值一樣，并在應(yīng)變片上涂抹絕緣膠作為防護；然后將試樣的數(shù)據(jù)連接線連到應(yīng)變采集箱的1-8通道上，補償試樣的連接線接到應(yīng)變采集箱的補償通道上；試樣和補償件用一根導(dǎo)電線連接，再將導(dǎo)電線連接到應(yīng)變采集箱的地線接口上，保證試樣與應(yīng)變采集箱可靠接地；
[0055]3.裝夾和定位:
[0056]將試樣的第一基準面置于線切割機床的工作臺上，并裝夾在，貼有正面應(yīng)變片的一側(cè)懸空，并對試樣的反面表面找平，最終保證試樣的被加工面與機床的XOZ面平行；然后將電極絲移動到工件的反面，并移動到電極絲與該面的反面基準線5對齊，此時為機床的X軸清零，然后將電極絲移回至試樣正面；同時對y軸清零；
[0057]對于y軸的清零，要根據(jù)機床本身的功能，普通機床的話，啟動機床將電極絲移到x=0的位置，然后靠近工件，直到看到切割工件的電火花。如果機床有相應(yīng)的功能，實現(xiàn)在不切割試樣的情況下使電極絲與試樣接觸，為I軸清零。
[0058]4.切割參數(shù)選定
[0059]切割參數(shù)包括進給量和進給次數(shù)，對于全厚度切割測試，將進給次數(shù)定在30-40次即可。
[0060]最終不需要將試樣切斷:一般切割到試樣厚度的95%_98%時獲得的數(shù)據(jù)都是有效的，當快切割到試樣反面的時候，在機床不通電的情況下，用手去托起懸空的試樣，托起的力等于試樣的重量，如果讀數(shù)有明顯的波動則立刻停止切割；如果出現(xiàn)讀數(shù)無法穩(wěn)定的情況，停止切割；最大切割到試樣厚度的98%。
[0061]5.測試實驗
[0062]每次進給結(jié)束后，保持電極絲在最終的位置持續(xù)工作10-15秒，然后停止切割并將電極絲斷電，待應(yīng)變數(shù)據(jù)穩(wěn)定在1_2μ ε內(nèi)變化時，記錄數(shù)據(jù)并繼續(xù)切割。
[0063]6.突發(fā)情況處理方法
[0064](I)斷絲:EDM機床的電極絲，尤其是使用細絲時，偶爾會發(fā)生斷絲的情況。如果斷絲應(yīng)立刻停機，并記錄此時的應(yīng)變數(shù)值，并將電極絲移出試樣，重新穿絲，然后在給電極絲定位時將電極絲移到裂縫的尖端，待應(yīng)變數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄此時的數(shù)據(jù)。如果因為材料屬性問題裂縫發(fā)生閉合，無法將電極絲移至裂縫尖端，則在裂縫內(nèi)進行穿絲。如果無法實現(xiàn)穿絲，從試樣表面重新切入。
[0065](2)裂縫閉合:若試樣材料彈性模量較小，且存在較高的殘余壓應(yīng)力層，裂縫可能發(fā)生閉合，解決措施是從頭再切進去。
[0066](3)裂紋擴展:當切割到殘余拉應(yīng)力區(qū)時，裂紋可能發(fā)生自發(fā)地擴展，此時測試停止，當然這種情況極少發(fā)生。
[0067]7.測試后的相關(guān)尺寸測量
[0068]測試結(jié)束后需從試樣上采集相關(guān)尺寸數(shù)據(jù)用于有限元建模，采用手持式顯微鏡或其它顯微設(shè)備。需要采集的參數(shù)如圖3所示。
[0069]I)裂紋的寬度，在裂縫的末端量取；
[0070]2)板材正面切口到正面應(yīng)變片中心的距離；
[0071]3)試樣的厚度，用千分尺測量切割區(qū)域的厚度；
[0072]4)通過測量裂紋底端到板材反面的距離來確定裂紋的長度；
[0073]5)將試樣反過來重復(fù)1-4步，然后取數(shù)值的平均值。
[0074]8.柔度函數(shù)的計算
[0075]為高效解決柔度函數(shù)的計算，在ABAQUS有限元軟件通過規(guī)范化的建模完成仿真計算和數(shù)據(jù)提取，如圖4所示流程圖對該建模過程進行詳細描述:
[0076]I)以60mm厚A17050-T7451板材的測試實驗為例，通過測試試驗后采集到的各尺寸參數(shù)，根據(jù)試樣的對稱性，以線切割的裂紋為對稱軸，對板材的一半建立二維草圖，如圖5所示。[0077]2)將A17050-T7451的材料屬性施加到模型上，包括設(shè)置其彈性模量為71.7GPa和泊松比為0.33。
[0078]3)為了方便網(wǎng)格劃分和各“集”、各單元的選定，將建好的二維模型進行剖分，將最左側(cè)的模擬裂紋區(qū)域劃分為一塊，與其相鄰的一塊按照比裂紋區(qū)域稍大的尺寸剖分為一塊，將正面應(yīng)變片所貼區(qū)域所對應(yīng)位置剖分為一塊。
[0079]4)為剖分好的各區(qū)域施加種子，其中最左側(cè)區(qū)域的兩個長邊設(shè)置種子的大小(size)為進給量的1/4，短邊設(shè)置種子個數(shù)為1，其他區(qū)域從左往右種子的大小依次變大，最右側(cè)為2。然后在設(shè)置網(wǎng)格屬性時，將最左側(cè)兩個區(qū)域和中間正面應(yīng)變片對應(yīng)區(qū)域的網(wǎng)格屬性定義為“結(jié)構(gòu)”和“四邊形為主”，它們之間的過渡區(qū)域和最右側(cè)區(qū)域定義為“自由”和“四邊形為主”，然后完成網(wǎng)格劃分。
[0080]5)為了模擬裂縫的產(chǎn)生，將最左側(cè)的單元從上到下每4個定義為一個“集”，并統(tǒng)一命名；并將該“集”的右側(cè)邊定義為另一個“集”，方便載荷的施加。
[0081]6)根據(jù)測試實驗所進行的次數(shù)設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的分析步，同時在“Modal Change”選項中在相應(yīng)的分析步中“失效”相應(yīng)的裂紋單元“集”，以此來模擬裂紋的產(chǎn)生。
[0082]7)約束工件左側(cè)X方向及圖5中端點11 (第一數(shù)據(jù)采集點)的x、z方向的位移自由度，依此作為邊界條件；采用Fortran語言編寫用戶子程序dload,并利用Load Case功能將2-14階勒讓德多項式分別作為初始應(yīng)力載荷沿板的厚度方向在定義的右側(cè)邊的“集”上加載。
[0083]8)將建立好的邊界條件和載荷，按照“Load Case”的要求進行組合，組合成每個分析步中有13個case。
[0084]9)選取Fortran語言編寫的dload用戶子程序，然后進行作業(yè)的提交，進行仿真計
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[0085]10)仿真計算完成后,通過Abaqus Viewer來打開結(jié)果文件,選擇圖5中的點12(第二數(shù)據(jù)采集點)，以.rpt文件的格式輸出該點X方向的位移變化量。
【權(quán)利要求】
1.一種基于裂紋柔度的材料內(nèi)部殘余應(yīng)力檢測方法，其特征是:包括以下步驟: (1)試樣制備: 在板材的內(nèi)部截取試樣，試樣的長度和寬度尺寸均為板材厚度尺寸的2.3-2.5倍，切割試樣時試樣的長度和寬度邊界至少有一個與板材軋制方向垂直或平行，再截取一塊用于應(yīng)變的補償試樣； 以試樣的一個切割面作為第一基準面，與第一基準面相鄰的一個切割面作為第二基準面，沒有切割過的試樣兩個表面作為試樣的正反面，清除試樣各表面的污物，在試樣的相應(yīng)位置標記出板材的軋制方向、試樣的基準面和試樣的正反面； (2)粘貼應(yīng)變片: ①應(yīng)變片粘貼位置的選定:基于第一基準面，在試樣正面畫豎直和水平的兩條對稱線，稱為正面豎直基準線和正面水平基準線，在試樣反面畫豎直和水平的兩條對稱線，稱為反面豎直基準線和反面水平基準線；在試樣的正面畫一條與正面豎直基準線平行且間距為5mm的豎直定位線，以該豎直定位線和正面水平基準線的交點為中心，準備貼一片正面應(yīng)變片，保證正面應(yīng)變片的豎直定位角對準豎直定位線；以反面豎直基準線和反面水平基準線的交點為中心準備貼一片反面應(yīng)變片，保證反面應(yīng)變片的豎直定位角與反面豎直基準線重合； ②應(yīng)變片檢查:應(yīng)變片使用前應(yīng)進行外觀檢查和阻值測量，外觀檢查就是檢查敏感柵有無銹斑和缺陷，基底覆蓋層有無破損，基底是否有氣泡、皺折和坑點；引線是否牢固；阻值檢測就是檢查應(yīng)變片是否有短路或斷路情況，其阻值是否在應(yīng)變采集箱可平衡范圍內(nèi)； ③試樣表面處理:打磨試樣需貼應(yīng)變片的位置并用酒精將打磨過的表面擦拭干凈；· ④粘貼應(yīng)變片:在應(yīng)變片的背面滴上速干膠，并將膠刮平，按步驟①給出的應(yīng)變片的粘貼位置準確粘上正面應(yīng)變片和反面應(yīng)變片，在應(yīng)變片上蓋一層聚乙烯薄膜，沿應(yīng)變片軸線方向用手指滾壓1-2分鐘，排凈氣泡并擠出多余的速干膠，待速干膠自然干燥后，揭掉聚乙烯薄膜； ⑤對粘貼的應(yīng)變片檢查:對基底有損壞、敏感柵有變形短路和斷路、貼片位置不正確、有氣泡、局部沒粘上、絕緣強度不符合要求的情況，應(yīng)排除或鏟除重貼；將應(yīng)變片的兩根引線挑起，截取一塊接線端子，粘在應(yīng)變片的后面； ⑥連線:將應(yīng)變片的引線焊到接線端子的一端，把數(shù)據(jù)連接線焊到接線端子的另一端，連接好端子后，對應(yīng)變片進行電阻測試，確保測試的阻值與應(yīng)變片的標定阻值一樣，并在應(yīng)變片上涂抹絕緣膠作為防護；然后將試樣的數(shù)據(jù)連接線連到應(yīng)變采集箱的1-8通道上，補償試樣的連接線接到應(yīng)變采集箱的補償通道上；試樣和補償件用一根導(dǎo)電線連接，再將導(dǎo)電線連接到應(yīng)變采集箱的地線接口上，保證試樣與應(yīng)變采集箱可靠接地； (3)裝夾和定位: 將試樣的第一基準面置于線切割機床的工作臺上，并裝夾在，貼有正面應(yīng)變片的一側(cè)懸空，并對試樣的反面表面找平，最終保證試樣的被加工面與機床的XOZ面平行；然后將電極絲移動到工件的反面，并移動到電極絲與該面的反面基準線對齊，此時為機床的X軸清零，然后將電極絲移回至試樣正面；同時對I軸清零； (4)切割參數(shù)選定: 切割參數(shù)包括進給量和進給次數(shù)，將進給次數(shù)定在30-40次；最終不需要將工件切斷:切割到工件厚度的95%-98%時獲得的數(shù)據(jù)都是有效的，當快切割到試樣反面的時候，在機床不通電的情況下，托起懸空的試樣，托起的力等于試樣的重量，如果讀數(shù)有明顯的波動則立刻停止切割；如果出現(xiàn)讀數(shù)無法穩(wěn)定的情況，停止切割；最大切割到試樣厚度的98% ； (5)測試實驗: 每次進給結(jié)束后，保持電極絲在最終的位置持續(xù)工作10-15秒，然后停止切割并將電極絲斷電，待應(yīng)變數(shù)據(jù)穩(wěn)定在1_2μ ε內(nèi)變化時，記錄數(shù)據(jù)并繼續(xù)切割； (6)突發(fā)情況處理方法: ①斷絲:如果斷絲應(yīng)立刻停機，并記錄此時的應(yīng)變數(shù)值，并將電極絲移出試樣，重新穿絲，然后在給電極絲定位時將電極絲移到裂縫的尖端，待應(yīng)變數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄此時的數(shù)據(jù)；如果因為材料屬性問題裂縫發(fā)生閉合，無法將電極絲移至裂縫尖端，則在裂縫內(nèi)進行穿絲；如果無法實現(xiàn)穿絲，從試樣表面重新切入； ②裂縫閉合:裂縫發(fā)生閉合，則從頭再切進去； ③裂紋擴展:當切割到殘余拉應(yīng)力區(qū)時，裂紋發(fā)生自發(fā)地擴展，此時測試停止，當然這種情況極少發(fā)生； (7)測試后的相關(guān)尺寸測量，需要采集如下參數(shù): ①裂紋的寬度，在裂縫的末端量??； ②切口到應(yīng)變片中心的距離； ③試樣的厚度； ④裂紋的長度； ⑤將試樣反過來重復(fù)1-4步，然后取數(shù)值的平均值； (8)柔度函數(shù)的計算: 采用有限元軟件來進行柔度函數(shù)的計算，首先對試樣建模，并將插值函數(shù)作為初始應(yīng)力載荷沿厚度方向施加到模型上，通過模擬裂紋的產(chǎn)生，同時輸出所需點的位移值來得到柔度函數(shù)值；步驟如下: ①建模與網(wǎng)格劃分:根據(jù)試樣的對稱性，以線切割的裂紋為對稱軸，對半個試樣建模和網(wǎng)格劃分，采用八節(jié)點平面應(yīng)變單元，試樣左側(cè)網(wǎng)格間距為裂紋寬度的一半，其余網(wǎng)格從左往右過渡到網(wǎng)格間距2mm，并輸入材料的彈性模量和泊松比； ②載荷與邊界條件:約束試樣左側(cè)X方向及左下側(cè)端點的X、z方向的位移自由度；并利用Load Case功能將2-14階勒讓德多項式分別作為初始應(yīng)力載荷沿板的厚度方向加載； ③裂紋模擬及數(shù)據(jù)輸出:通過使裂紋處單元依次失效來模擬裂紋的產(chǎn)生，最終輸出應(yīng)變片所在位置處節(jié)點的位 移值。
【文檔編號】G01N19/00GK103822874SQ201410061622
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】孫杰, 周長安, 李劍峰, 羅育果, 駱金威, 汪海晉, 路來驍 申請人:山東大學(xué)