殘餘應力測量

控制和分析殘餘應力最重要的方法是測量它們。

什麼是殘餘壓力?

獨立於外部載荷,結構和材料內部存在內應力。這些應力被稱為殘餘應力。殘餘應力引起應變,應變對應於晶格間距的變化。殘餘應力自發平衡,因為

  • 已知有害的拉伸殘餘應力
  • 已知有益的壓縮殘餘應力
  • 剪應力

Tensile and compressive stress formation on a bent sample

為什麼殘餘應力測量很重要?

加工、焊接、噴丸、熱處理和磨削等製造過程會產生殘餘應力。殘餘應力測量是確定部件在其使用壽命中是否能承受要求的載荷和應力條件的一個重要方法。也可以通過合適的工藝有意引入它們。

殘餘應力測量方法

測量殘餘應力有許多方法。這些方法通常分為非破壞性、半破壞性和破壞性或基於衍射、基於應變鬆弛和其他方法。所有殘餘應力測量方法都是間接的。殘餘應力由測量的量計算或匯出,如彈性應變或位移。

基於衍射的殘餘應力測量方法;

在基於衍射的方法中,使用布拉格定律測量彈性應變,並且使用胡克定律以及彈性模量(E)和泊松比(v)來計算應力。


Xstress G2R X-ray diffractometer
x射線衍射法

與可見光相比,x光具有高能量和短波長,因此非常適合探測晶體材料的晶面間距(=殘餘應力)。

x射線衍射技術為品質控制評估提供了可靠、無與倫比的資料。這項技術適用於包括陶瓷在內的所有晶體材料。

x射線衍射法能夠測量絕對應力,而無需校準無應力樣品。殘餘應力測量結果以絕對MPa值表示。

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中子衍射法

中子衍射(ND)提供對厚組分的全殘餘應力張量σ11(平行於表面)、σ22(平行於表面)和σ33(垂直於表面)。如同在XRD中一樣,ND也使用布拉格定律測量彈性應變,並用胡克定律以及彈性模量(E)和泊松比(v)計算應力。用於殘餘應力測量的中子衍射並不廣泛可用,也不容易獲得,因為用於中子產生的固定衍射儀很昂貴。

同步加速器衍射方法

同步加速器衍射是x光衍射的高能版本。對於具有複雜幾何形狀的部件,可以使用同步加速器衍射,但是通常部件的尺寸是有限的。世界上只有為數不多的同步加速器設施使得這種方法不便於攜帶且不具成本效益。


鑽孔法殘餘應力測量

鑽孔是測量殘餘應力最常用的應力鬆弛技術。通過在感興趣的區域鑽一個小盲孔來去除應力材料,孔周圍的材料會自發地找到新的應力平衡。這導致孔附近的表面發生位移。

鑽孔應變儀法

用應變計法在待測表面安裝特殊應變計。殘餘應力在鬆弛應變儀上測量

ESPI鑽孔法

用ESPI方法,用光學干涉測量法測量表面附近的位移。然後,測量的位移用於計算鑽孔前體積中存在的應力。

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巴克豪森雜訊值如何與殘餘應力相關聯?

用巴克豪森雜訊測量殘餘應力不是一個簡單的應用,因為巴克豪森雜訊不會直接產生任何用於應力狀態確定的MPa值結果。

巴克豪森雜訊對試樣的應力水準做出反應。巴克豪森雜訊可用於評估材料的應力狀態。拉應力增加巴克豪森雜訊信號幅度,壓應力降低巴克豪森雜訊信號幅度

Stresstech 产品

Stresstech為殘餘應力測量和檢測提供交鑰匙解決方案

利用應力技術產品,殘餘應力測量和檢測可以在生產線、實驗室甚至現場輕鬆完成。

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