宏观应力的测定分析

第六章宏观残余应力的测定一、物体内应力的产生与分类残余应力是一种内应力，内应力是指产生应力的各种因素不复存在时（如外加载荷去除、加工完成、温度已均匀、相变过程中止等），由于形变、体积变化不均匀而存留在构件内部并自身保持平衡的应力。

目前公认的内应力分类方法是1979年由德国的马克劳赫﹒E提出的，他将内应力按其平衡范围分为三类：）：在物体宏观体积内存在并平衡的内应力，此类应力的释放，第一类内应力（σⅠ会使物体的宏观体积或形状发生变化。

第一类内应力又称“宏观应力”或“残余应力”。

宏观应力的衍射效应是使衍射线位移。

图1（书上6-2）是宏观残余应力产生的实例。

一框架与置于其中的梁在焊接前无应力，当将梁的两端焊接在框架上后，梁受热升温，而框架基本上处于室温，梁冷却时，其收缩受框架的限制而受拉伸应力，框架两侧则受中心梁收缩的作用而被压缩，上下横梁则在弯曲应力的作用之下。

图1 宏观残余应力的产生（a）焊接前、b）焊接后））：在数个晶粒的范围内存在并平衡的内应力，其衍射效应主要第二类内应力（σⅡ是引起线形的变化。

在某些情况下，如在经受变形的双相合金中，各相处于不同的应力状态时，这种在晶粒间平衡的应力同时引起衍射线位移。

图2（书上6-3）表明第二类应力的产生，拉伸载荷作用在多晶体材料上，晶粒A、B上的平行线表示它们的滑移面，显然A晶粒处于易滑移方位，当载荷应力超过临界切应力将发生塑性变形，而晶粒B仅发生弹性变形，载荷去除后，晶粒B的变形要恢复，但晶粒A只发生部分恢复，它阻碍B的弹性收缩使其处于被拉伸的状态，A本身则被压缩，这种在晶粒间相互平衡的应力在X射线检测的体积内总是拉压成对的出现，且大小因晶粒间方位差不同而异，故引起衍射线的宽化。

图2 第二类应力的产生）：在若干原子范围内存在并平衡的应力，如各种晶体缺陷（空第三类内应力（σⅢ位、间隙原子、位错等）周围的应力场。

此类应力的存在使衍射强度降低。

通常把第二类和第三类应力称为“微观应力”。

应力测试方法的现状及发展趋势工业生产中，应力与应力集中是管道、压力容器、涡轮盘、压缩机叶片和飞机构件等重要承载结构件发生失效的主要原因之一。

承载结构件由于加工制造、焊接变形造成的残余应力以及在服役过程中动、静载荷的作用下产生应力集中都会使其机械特性发生改变，尤其会对承载结构件的力学性能、耐腐蚀性、疲劳强度和形状精度等产生较大的影响。

如何对结构件进行应力测量、状态评估以期尽早发现应力集中区域、快速有效的分析测定结构件重要部分的应力与应变分布实现对结构件的强度分析，同时评估结构件的使用状况和寿命实现早期诊断与监测，已成为亟需解决的问题，也是近年来力学研究的主要方向。

因此应力的测量及其状态评估一直是国内外研究的热点。

1 常用应力测试方法应力的存在与应力集中是导致材料和结构最终失效的主要原因。

研究材料的应力分布及应力状态下材料的物理性质，能够预防工程应用中可能出现的损坏或失效。

而对于有益的物性改变，加以合理的利用可以增强材料的机械性能，因此分析材料的应力分布及应力状态下的物理性质具有理论研究与实际应用价值，应力测试方法是实现这一价值的必要手段。

目前，常用的应力测试方法有机械法、光测法、磁测法、衍射法、超声法及纳米压痕法。

1.1 机械法● 1.1.1 小孔法小孔法于1934 年由德国学者J.Mather 提出[1]，并由Soete 发展完善，使其具有实用性[2]。

经过数十年的发展，美国材料试验协会（ASTM）于1981 年颁布了钻孔测量法残余应力标准（ASTM E837—1981），并于2008 年更新为ASTM E837—08[3]，将其确定为一种标准化的测试方法。

其基本原理是采用结构件表面钻孔的方式释放其表面应力，并用预先粘贴好的三向应变片测量钻孔前后的应变松弛，通过应变片测量材料应力释放前后的应变量，运用相应的应力学公式计算出对应的主应力值及主应力方向。

根据钻孔是否钻通，小孔法可分为通孔法和盲孔法。

experimental stress analysis
Experimental stress analysis（实验应力分析）是工程学中的一个领域，旨在通过实验来测量材料或结构的应力和应变分布。

这种方法是通过应用外部载荷或压力到材料或结构上，并使用传感器、仪器或测量设备来获取其应力和应变信息。

方法和技术：
1.应变计：使用应变计（strain gauge）是实验应力分析中常用的方法之一。

应
变计可以附着在材料表面，测量材料的微小变形，从而推断出应变。

通过将应变计安装在结构的关键点上，可以获取应力和应变的分布情况。

2.光学方法：光学方法如光栅法、激光干涉法（例如激光多普勒测振法）等，
利用光学原理来测量物体的形变和应变。

这些方法可以提供全场面的应变信息。

3.压电传感器：压电传感器可以将机械应力转换为电信号，用于测量或监测应
变的变化。

4.试验装置：实验应力分析可能需要定制的试验装置或加载设备，以施加所需
的载荷并记录数据。

应用领域：
●结构工程学：在建筑、桥梁、航空航天等领域中，通过实验应力分析来评估
结构的强度和稳定性。

●材料科学：用于评估材料的性能和行为，如金属、复合材料等。

●机械工程：用于设计和评估机械部件的强度和耐久性。

实验应力分析通常与计算分析相结合，以验证模型或预测的结果，并为工程设计和优化提供有价值的实验数据。

《RD宏观残余应力测定》教案教案：RD宏观残余应力测定一、教学目标1.了解宏观残余应力测定的原理和方法；2.学习硬度法和光栅法进行宏观残余应力测定的步骤和操作方法；3.掌握宏观残余应力测定的数据处理和分析方法；4.培养学生的实验操作能力和数据分析能力。

二、教学内容1.宏观残余应力测定的原理和方法；2.硬度法进行宏观残余应力测定的步骤和操作方法；3.光栅法进行宏观残余应力测定的步骤和操作方法；4.宏观残余应力测定的数据处理和分析方法。

三、教学步骤1.原理和方法的讲解（30分钟）介绍宏观残余应力的概念和产生原因，以及宏观残余应力的测定方法。

重点介绍硬度法和光栅法的原理和操作步骤。

2.硬度法进行宏观残余应力测定的演示（30分钟）通过实际演示，讲解硬度法进行宏观残余应力测定的具体步骤和操作方法。

配合演示样品的展示，说明硬度法在测定过程中的注意事项与常见问题。

3.学生实践操作（45分钟）将学生分组，每组配备一套宏观残余应力测定实验装置和相应的样品。

指导学生根据前期所学的内容，完成宏观残余应力测定的实际操作。

4.数据处理和分析（45分钟）学生根据实验结果，进行数据的处理和分析。

帮助学生理解数据处理的方法和步骤，解读实验结果，并进行讨论和交流，以促进学生对宏观残余应力测定的深入理解。

5.教学总结（10分钟）总结本节课的主要内容，强调学生在实验操作过程中需要注意的问题和技巧，鼓励学生对宏观残余应力测定进行更多的探索和实践。

四、教学评价1.实际演示时，观察学生对硬度法和光栅法的理解和反应；2.学生完成实验操作时，观察其实验技能和操作流程是否正确；3.对学生进行实验数据处理和分析的评价，以判断其对宏观残余应力测定的理解和掌握程度；4.通过课堂讨论和交流，评价学生对宏观残余应力测定的理解和能力。

五、教学资源1.实验室设备和材料：宏观残余应力测定实验装置、样品、硬度计、光栅仪等；2.课件和教学资料：包括宏观残余应力测定的原理、方法、步骤和实验操作技巧等。

应力试验工作总结应力试验是一种常见的工程测试方法，用于评估材料或结构在不同应力条件下的性能和稳定性。

在进行应力试验工作时，需要严格遵守操作规程和安全标准，以确保测试结果的准确性和可靠性。

以下是我对应力试验工作的总结和体会。

首先，进行应力试验前需要对测试设备进行严格的检查和校准，确保设备的正常运行和准确性。

在进行试验过程中，需要严格控制试验条件，包括温度、湿度、加载速度等因素，以保证测试结果的可比性和准确性。

其次，应力试验过程中需要严格遵守操作规程和安全标准，确保操作人员和设备的安全。

在进行试验操作时，需要注意操作技巧和步骤，避免操作失误导致的意外事故。

同时，需要配备必要的安全防护设备，如安全帽、护目镜、手套等，以保护操作人员的安全。

另外，应力试验的数据处理和分析也是非常重要的一环。

在进行试验后，需要对测试数据进行及时和准确的处理和分析，得出测试结果并进行合理的解释。

同时，需要对测试数据进行统计分析，评估试验结果的可靠性和稳定性。

最后，应力试验工作需要密切配合相关部门和人员，确保工作的顺利进行和结果的准确可靠。

在进行试验前，需要与相关部门和人员进行充分的沟通和协调，明确试验的目的和要求。

在试验过程中，需要及时和相关人员进行沟通和交流，解决试验中遇到的问题和困难。

总的来说，应力试验工作需要严格遵守操作规程和安全标准，确保测试结果的准确性和可靠性。

同时，需要注意试验过程中的数据处理和分析，确保测试结果的科学性和可靠性。

通过对应力试验工作的总结和体会，我相信在今后的工作中能够更加严谨和专业地进行应力试验工作，为工程项目的安全和稳定性提供可靠的数据支持。

experimental stress analysis -回复实验应力分析（Experimental Stress Analysis）是一种全面、直观的方法，用于评估结构、零件或材料在受力下的性能。

通过实验测试和数据收集，我们可以获得与应力相关的重要信息，从而更好地了解和设计各种工程结构。

首先，我们需要明确应力是指材料内部受力的性质。

这种受力可能是由外部载荷引起的，比如重力、压力或扭转力，也可能是由材料自身的变形或热膨胀引起的。

应力可以分为三种类型：拉伸应力、压缩应力和剪切应力。

实验应力分析的目标是确定结构中各个点的应力分布，并研究材料的变形和位移。

这就要求我们选择适当的方法来收集数据并进行分析。

一个重要的实验应力分析方法是应变测量。

应变（Strain）是指物体因受力而发生的变形或变化量。

通常，我们可以通过测量物体上的应变来了解其所受到的应力情况。

常用的应变测量方法有应变计、光弹性和铸模模型等。

应变计是一种受测试材料影响而发生电阻变化的装置。

通过在结构表面安装应变计，我们可以记录材料受到的应变量，并根据串联电路的阻值变化推导出应力情况。

应变计广泛用于实验室和现场测试，是应力测量的重要工具。

光弹性是另一种常用的实验应力分析方法。

光弹性原理是根据材料受到应力时光的折射和偏振特性发生变化。

通过使用偏振光和光学设备，我们可以观察到光弹性材料在不同载荷下的变形，并进一步获得应力信息。

光弹性技术通常用于复杂的结构或研究中，可以提供详细的应力分布。

另外，铸模模型也是实验应力分析中常用的一种方法。

通过制作一个材料模型，并在其内部注入液态材料，我们可以观察材料受力时模型的变形情况。

通过分析模型的变形量和应力分布，我们可以推导出材料的应力情况，从而了解结构的性能。

除了上述方法，实验应力分析还可以通过电阻片、位移传感器和数值模拟等方式来进行。

电阻片可以测量精细的位移和变形，位移传感器可以精确测量结构的位移量。

数值模拟则可以通过计算机建模和有限元分析来预测结构受力情况。