CB 3395-1992 残余应力测试方法.钻孔应变释放法.pdf

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1、u 06 CB 中华人民共和国船舶行业标准CB 3395 - 92 残余应力测试方法钻孔应变释放法1992-03-07发布1992-10-01实施中国船舶工业总公司发布中华人民共和国船舶行业标准残余应力测试方法钻孔应变释放法1 主题内容与造用范围CB 3395-92 分类号：U06本标准规定了残余应力测试方法一一钻孔应变释放法的测试基本原理、测试设备、测试步骤、应变释放系数标定、应力计算和测量误差的修正。本标准适用于金属材料焊接件、铸锻件及热处理件近表面残余应力的测定。2 术语2. 1 应变释放系数在钻孔应变释放法中，与材料、电阻应变片几何尺寸、粘贴位置、孔的形状和大小有关，联系残余应力和释放

2、应变的比例系数。2.2 释放应变对具有应力场的结构件钻孔，其钻孔前后应变的变化量。3 基本原理在具有二维应力状态的无限平板上，粘贴如图l所示的电阻应变片分别为0。、45。、90。的应变花，在应变花中心钻孔，孔深等于或略大于孔径，当孔深为孔径的1.2倍时，应变近于完全释放。由于孔深远小于板的厚度，因此可套用钻通孔时的理论解作为钻盲孔时近似解，通过电阻应变仪分别测量方向1、2、3的择放应变町、2、3。为简化计算取Y=-2/J，则计算见公式(1）、（2):囱I测量刑。、45、。一二j(rj应变化中国船舶工业总公司1992-03-07批准1 1992-10-01实施CB 3395-92 1 (A +

3、Bcosr) - 3 (A - Bcosr) ( 1 ) 1 - 4ABcosr E3(A + Bcosr)一句（A- Bcosr) 2 = .”. ( 2 ) 4ABcosr 1 I -223 r = tg-1 . ( 3 ) 3 式中：1，的一一钻孔前残余应力的主应力，N/mm2;1 ,2 ,3一一0。，45。，90。位置测得的释放应变$A,B一一标定试验得到的应变释放系数，10-1mm2/N; F一一最大主应力方向与z轴的夹角。当假定已知残余应力方向时，用双向直角应变花，则鸟，饨的计算公式为公式（4）、公式（5): B(E.r y) + A(Ex - Ey) 4AB B（y) -A（.r

4、 - Ey) 一4AB 式中：，y为x,y方向的释放应变；x，y一一为x,y方向的残余应力，N/mm2。4 测试设备及材料4. 1 电阻应变仪测量释放应变的电阻应变仪应经计量部门定期检定，其分辨率应不低于士2106。4.2 电阻应变花（片）4. 2.1 根据所测应力的情况，可选用二片式、三片式或由单片组成的直角应变花。4. 2. 2 选用几何尺寸小、灵敏度系数高、各片电阻值接近1200的应变花。5 测试步骤5. 1 试件的准备. ( 4 ) ( 5 ) 粘贴应变花前，试件待测部位的表面应符合粘贴应变花（片）胶粘剂说明书的要求，其表面处理应避免采用可能显著改变表面应力的研磨或磨蚀。5. 2 应变

5、花（片）的粘贴5. 2.1 应变花的1、3片沿x,y轴粘贴，应变花的各电阻片应保持牢固的粘接，其绝缘电阻应不小于300MO. 5. 2. 2 应变花（片）的粘贴（胶粘剂，粘贴，接线，保护涂层等）应严格按制造厂说明书的要求进行，并确保在测量过程中不受损坏。5.3钻孔5. 3. 1 钻孔直径5.3.1.1 钻孔直径根据应变花测量圆的直径按公式（6）计算：2 CB 3395-92 2. 5 去3. 4 . ( 6 ) 式中：D一一应变花测量圆的直径，mm;Do钻孔直径，mm。5. 3- 1. 2 对无测量圆的电阻应变花（片，其钻孔直径应接近应变片电阻栅的长度。5. 3. 2 钻孔深度钻孔的最终保度成

6、为（1. 0 1. 2）队。5. 3-3孔f!.ij距离多.（测量时，孔与孔之间距肉眼大于15Doo5. J 4 钻孔要求5. J 4. 1 钻孔时应严格对rf1，钻孔中心应与应变花测量中心重合，其偏差应不超过o.015Do。当偏差在士（O.0150.05)Dn时，应按附录A（补充件）进行修正。5, J 4. 2 钻孔工具和钻孔l：艺应尽量减小孔壁附近区域的塑性变形，以降低钻削加工的附加应变。推荐的钻孔方法有：a. 机械式测钻仪钻孔；b. 气喷磨蚀剂钻孔；c. 空气涡轮驱动极高速钻孔。当采用钻头或端面镜刀钻孔时，轴向送进应轻而慢，以便有充分时间散热。5. 3. 4. 3 钻孔应在相同温度条件下

7、进行。5.4 测量释放应变钻孔前对每个应变片测取零读数，然后钻孔，钻孔完毕待数据稳定后，记录其应变数值。6 应变辑放系数A、B的标定6. 1 标定试验及计算公式标定试验是在标定试样上进行。对已粘贴应变花（片）的标定试样，施加一个己知的单向应力场，使其中一个电阻应变片平行于外力方向，即最大主应力l等于外加载荷引起的应力，钻盲孔，测量钻孔前后的释放应变，按公式（7)、（8）计算A、悖。A旦土主 ( 7 ) /.(j -( 8 ) 6.2 标定试样标定试样所用的材料应与待测材料相同。经消除应力退火后，再进行精加工。标定试样尺寸应符合图2和下表的规定。CB 3395-92 R 咱T . t L, L,

8、 L 图2标定用试样口1町1. T B w L 1 L z R d a b Do 60Do 40Do 150Do ZOO Do lODo 12Do 1. OD0 O. 75Do 6. 3 标定用电阻应变花（片）6. 3.1 标定试验所用的电阻应变花片）应与测定残余应力时所用的应变花片）相同，互相垂直的两电阻应变片的方向应与标定试样的长度和宽度方向相一致。6. 3. 2 标定试样受力后，横截面上的应力分布必须均匀，即横截面上不得有弯曲应力。为此试验时，应在试样两侧粘贴如图2所示的监视电阻应变片，使其应变读数差小于5%。6.4 标定试验程序6. 4. 1 将粘贴好电阻应变花（片）的标定试样安装在材

9、料试验机上，并将测量导线接至应变仪上调零，接上电源，加载，记录加载时的应变读数。然后进行钻孔，孔的直径和深度应与实测时相同，当校正至相同状态后，施加同样级别的载荷，再记录其应变读数。6.4.2 标定试验所施加的最大应力为二分之一到二分之一材料屈服点。6.5 数据处理系数A、B的测量次数应不少于三次，如果误差超过5%，应重新标定。7 应力计算7. 1 当测量残余应力的主应力和方向时，按公式。）、（2）、（3）计算。7.2 当测量已知方向的残余应力时，按公式（4）、（5）计算。?. 3 测量误差的修正7. J. 1 钻孔偏心引起的测量误差按附录A进行修正。7. 3. 2 钻削加工导致孔边塑性变形引

10、起的测量误差按附录B（补充件中B2进行修正。7. J. 3 当实测应力超过二分之一材料屈服点时引起的测量误差，按附录B中B3进行修正。CB 3395-92 8 测试报告测试报告应包括下述内容：a. 材料机械性能；b. 电阻应变花（片）型号，几何形状及粘贴位置；c. 电阻应变仪型号，分辨率zd. 钻孔方法及孔径、孔深；e. 释放应变值Pf. 应变释放系数A、B值zg. 应力计算结果；h. 误差分析。CB 3395-92 附录A钻孔偏心的修正（补充件）A1 为了保证测量精度，要求应变花测量中心与钻孔中心完全重合。当孔心与花心的偏差在土（0.015 o. 05)D。时，应按本方法进行修正。A2 当测

11、量残余应力采用直角应变花时，若钻孔有偏心，如图Al所示，孔心与应变花心偏离为e，则以孔心。为原点的坐标系X、Y，以花心。，的坐标系为X,Y。此时，孔心与应变片中心的距离由R1、凡、R.1变成R1、R2、R气，并与花心到应变片中心的连线形成1、z、3角。同时应变释放系数A、B值也因距离欠的变化而变成A1、B1,Az，鸟，A3、B3。Y 图Al钻孔偏心的坐标系A3 按中心钻孔法测量各应变片的释放应变E1、Ez、句。t, 雹：x x A4 用刻度显微镜（最小读数为0.Olmm）测量孔心到应变片中心距离在X、Y轴方向上的分量x,y值。A5 按公式（Al),(AZ）、（A3）计算孔心到三个应变片中心的距

12、离R1、Rz,R3:R 1 = V (R1 + x)2 + y2 (Al) R 2 = Jl时，说明实测应变中的塑性应变大于A、B中的塑性应变，计算应力值大于真实应力值，测量结果有，a定的误差。当ml和m 450 4 一5.48一ll.65 低坛”。一2.76-5. 67 191 310 2 -3. 48 -7. 34 4走2 2 120 2.0 2. 0 1. 0 4. 0 35 311 450 3 -4. 29 -8. 86 钢450 4 一5.55一11.80 运1902.81 一5.85191 300 2 一3.44 一7.743 2 120 3.0 3.0 1. 0 6.0 25 3

13、01 450 3 - 4. 38 - 9. 66 450 4 - 5. 26 一11.20 350 4 一7.15 - 16. 20 主二1801 一2.71 一5.18 181 350 2 -4. 22 s.24 4 2 120 4.0 4.0 1. 0 8. 0 60 351 450 3 -6. 00 12.00 450 4 一9.00一19.00注：用麻花钻头钻孔时，h/Do=l.15.20。BJ 2. 2. 1 对实测应变鸣，先用公式（4）、（5）及表Bl中与孔径相对应的第一级A、B计算，得出残余应力初算值。BJ 2. 2. 2 根据初算值在表Bl中哪一数值范围，换用与之相应的A、B重

14、新进行计算，第二次计算的结果，即为经过修正的残余应力值。B3. 2 2. 3 残余应力初算值，、饵，其中任一个超过第一级A、B应用范围时，均需换用与初算值相应的A、B值进行第二次计算；如果两个数值同时超过，则须根据绝对值最大的一个选用与之相对应的A、B值进行第二次计算，所得结果即为修正后的实际应力值。B3. 2 2 4 A、B分级计算法，4般只需进行两次计算，当测量应均中工含塑性应变时，初算值即为真实应力值而不需j挂行第.1x计算GCB 3395-92 附加说明：本标准由全国海洋船标准化技术委员会船用材料应用工艺分技术委员会提出。本标准由中船总公司第七二五研究所归口。本标准由中船总公司第七二五研究所、西安交通大学、大连铁道学院负责起草。本标准主要起草人王样基、黄兰林、李广锋。