一種基于儀器化球壓入技術(shù)的殘余應(yīng)力檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種材料表面殘余應(yīng)力的檢測方法，尤其是一種利用儀器化球形壓入 技術(shù)檢測材料表面殘余應(yīng)力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工程材料中，表面殘余應(yīng)力的存在會改變金屬零部件的服役性能（如抗疲勞、抗 斷裂、耐腐蝕和抗磨損等），需進(jìn)行準(zhǔn)確檢測。與傳統(tǒng)檢測方法相比，儀器化壓入檢測法是一 種微尺度（KT1~10 1Um)的材料表面殘余應(yīng)力檢測方法，適用于微區(qū)和微損檢測。該類檢 測方法與便攜式壓入儀相結(jié)合可實現(xiàn)在線原位檢測，具有較好的應(yīng)用前景。
[0003] 目前，儀器化壓入檢測方法，根據(jù)壓頭的幾何形狀（棱錐和球形），可以分為兩類： 錐形壓入法和球形壓入法。已有的錐形壓入法選取不可直接測量的接觸面積作為分析參 量，影響其檢測精度；已有的球形壓入法主要依賴于經(jīng)驗觀察，缺乏機理性研宄，準(zhǔn)確性較 低，尚不便實際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服已有的儀器化壓入檢測方法的準(zhǔn)確性較低、實用性較差的不足，本發(fā)明提 供一種準(zhǔn)確性較高、實用性較好的基于儀器化球壓入技術(shù)的殘余應(yīng)力檢測方法。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題提供如下技術(shù)方案：
[0006] 一種基于儀器化球壓入技術(shù)的殘余應(yīng)力檢測方法，所述檢測方法包括以下步驟：
[0007] 1)采用球形壓頭對無殘余應(yīng)力試樣進(jìn)行壓入試驗，相對壓入深度h/R= 0. 3,其 中，h為壓入深度，R為球形壓頭的半徑，獲取壓入載荷-深度（F-h)曲線，計算加載功Wt、卸 載功Wu和Mayer系數(shù)（m)，通過式（1)計算材料的力學(xué)參數(shù)，如彈性模量E、屈服應(yīng)變〇y 和冪硬化指數(shù)n:
【主權(quán)項】
1. 一種表面殘余應(yīng)力的儀器化球形壓入檢測方法，其特征在于：所述檢測方法包括以 下步驟： 1) 采用球形壓頭對無殘余應(yīng)力試樣進(jìn)行壓入試驗，相對壓入深度h/R = 0. 3,其中，h為 壓入深度，R為球形壓頭的半徑，獲取壓入載荷-深度（F-h)曲線，計算加載功Wt、卸載功W u 和Mayer系數(shù)（m)，通過式（1)計算材料的力學(xué)參數(shù)，如彈性模量E、屈服應(yīng)變〇y和冪硬 化指數(shù)η :
式中，a為孔洞擴(kuò)張模型中核心區(qū)半徑，c為孔洞擴(kuò)張模型中塑性區(qū)半徑，V為材料泊 松比，ey為材料屈服應(yīng)變，ε y=。y/E; 2) 采用球形壓頭對相同材料的有殘余應(yīng)力試樣進(jìn)行壓入試驗，相對壓入深度（h/R)大 于 〇· 1 ; 分別獲得有殘余應(yīng)力試樣和無殘余應(yīng)力試樣在相對壓深h/R = 0. 1處對應(yīng)的壓入載荷 F I h/R = 0. 1和 F 0 I h/R = 0. 1; 3) 選取相對壓入深度h/R = 0. 1處壓入載荷的相對變化量（F-Ftl)/FciIivk = αι作為分析 參量，通過量綱分析和數(shù)值模擬，建立所述分析參量與殘余應(yīng)力σκ之間關(guān)系式：
4) 將上述獲得的參量材料力學(xué)參數(shù)代入式（2)，計算得到被測材 料的殘余應(yīng)力σ K，正值表示殘余拉應(yīng)力，負(fù)值表示殘余壓應(yīng)力。
【專利摘要】一種基于儀器化球壓入技術(shù)的殘余應(yīng)力檢測方法，包括以下步驟：1)采用球形壓頭對無殘余應(yīng)力試樣進(jìn)行壓入試驗，相對壓入深度h/R＝0.3，獲取壓入載荷-深度曲線，計算加載功Wt、卸載功Wu和Mayer系數(shù)(m)，計算彈性模量E、屈服應(yīng)變σy和冪硬化指數(shù)n，材料屈服應(yīng)變，εy＝σy/E；2)采用球形壓頭對相同材料的有殘余應(yīng)力試樣進(jìn)行壓入試驗，相對壓入深度大于0.1；分別獲得有殘余應(yīng)力試樣和無殘余應(yīng)力試樣在相對壓深h/R＝0.1處對應(yīng)的壓入載荷F|h/R＝0.1和F0|h/R＝0.1；3)選取相對變化量(F-F0)/F0|h/R＝0.1作為分析參量，建立所述分析參量與殘余應(yīng)力σR之間關(guān)系式(2)；4)根據(jù)參量F|h/R＝0.1、F0|h/R＝0.1和材料力學(xué)參數(shù)，計算得到被測材料的殘余應(yīng)力σR。本發(fā)明準(zhǔn)確性較高、實用性較好。
【IPC分類】G01N3-42
【公開號】CN104655505
【申請?zhí)枴緾N201510035646
【發(fā)明人】彭光健, 逯智科, 馬毅, 張?zhí)┤A, 陳培見
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月23日