測(cè)應(yīng)力損傷的方法(應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試常用的方法)

1.應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試常用的方法有哪些

常見的應(yīng)力測(cè)試方法

應(yīng)力儀或者應(yīng)變儀是來測(cè)定物體由于內(nèi)應(yīng)力的儀器。一般通過采集應(yīng)變片的信號(hào)，而轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行分析和測(cè)量。

應(yīng)力測(cè)試一般的方法是將應(yīng)變片貼在被測(cè)定物上，使其隨著被測(cè)定物的應(yīng)變一起伸縮，這樣里面的金屬箔材就隨著應(yīng)變伸長(zhǎng)或縮短。很多金屬在機(jī)械性地伸長(zhǎng)或縮短時(shí)其電阻會(huì)隨之變化。應(yīng)變片其實(shí)就是應(yīng)用了這個(gè)原理，通過測(cè)量電阻的變化而對(duì)應(yīng)變進(jìn)行測(cè)定。一般應(yīng)變片的敏感柵所使用的是銅鉻合金材料，這種材料其電阻變化率為常數(shù)，它與應(yīng)變成正比例關(guān)系。

我們通過惠斯通電橋，便可以將這種電阻的比例關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓。然后不同的儀器，可以將這種電壓的變化轉(zhuǎn)化成可以測(cè)量的數(shù)據(jù)。

對(duì)于應(yīng)力儀或者應(yīng)變儀，關(guān)鍵的指標(biāo)有： 測(cè)試精度，采樣速度，測(cè)試可以支持的通道數(shù)，動(dòng)態(tài)范圍，支持的應(yīng)變片型號(hào)等。并且，應(yīng)力儀所配套的軟件也至關(guān)重要，需要能夠?qū)崟r(shí)顯示，實(shí)時(shí)分析，實(shí)時(shí)記錄等各種功能，高端的軟件還具有各種信號(hào)處理能力。

2.熱應(yīng)力的測(cè)定方法

一，實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解熱應(yīng)力實(shí)驗(yàn)裝置的組成，各部分的作用及使用方法；？2.了解金屬構(gòu)件在熱循環(huán)過程中熱應(yīng)力的產(chǎn)生原因，過程及分布規(guī)律；？3.熟悉鑄造熱應(yīng)力對(duì)鑄件質(zhì)量的影響以及減小鑄造熱應(yīng)力的措施.？二，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容？1.在計(jì)算機(jī)上，利用《鑄造應(yīng)力》實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件，了解鑄造應(yīng)力的分類，形成原因，測(cè)定原理，對(duì)鑄件質(zhì)量的影響及采用應(yīng)力框測(cè)定鑄造熱應(yīng)力的實(shí)際過程；？2.熟悉熱應(yīng)力實(shí)驗(yàn)裝置的使用方法及熱應(yīng)力測(cè)定的過程；？3.記錄，處理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪出應(yīng)力-溫度曲線.？三，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介？本實(shí)驗(yàn)所使用的熱應(yīng)力實(shí)驗(yàn)裝置是一種模擬測(cè)定裝置，該裝置由應(yīng)力框部件，溫控顯示箱和 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三部分組成.？1.應(yīng)力框部件？這是實(shí)驗(yàn)裝置的核心部件，由應(yīng)力框，拉壓力傳感器，溫度傳感器，加熱體和冷卻水管路等組成，如圖2-1所示.？三根直徑相同的應(yīng)力桿（？A,B,C？）由側(cè)支架支撐，組成相互關(guān)聯(lián)的金屬構(gòu)架（應(yīng)力框）.桿？A,C？與支架固定在一起，桿？B？的一端與支架固定，另一端與支架之間可作相對(duì)水平移動(dòng)，只有擰緊螺栓？G？時(shí)才被鎖定，此時(shí)應(yīng)力框成為剛性結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)行實(shí)驗(yàn).松開螺栓時(shí)，桿？B？可自由伸縮，三桿間的約束被解除，以此模擬桿？B？在高溫下的塑性變形.加熱體（電阻絲）？R？用于改變應(yīng)力桿的溫度，以造成三桿間的溫差，從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力.各桿的溫度變化由溫度傳感器？W?A,W?B,W?C？測(cè)定.？拉壓力傳感器？D,E,F？用于測(cè)量各桿承受的內(nèi)應(yīng)力.桿？A,C？上的拉壓力傳感器的最大量程為2 kN，桿？B？上的拉壓力傳感器的最大量程為5 kN，輸出毫伏級(jí)電壓信號(hào).？為保證傳感器本身溫度恒定，采用循環(huán)水進(jìn)行冷卻.？2.溫度控制顯示箱？它由溫控儀，穩(wěn)壓電源及顯示儀表組成，如圖2-2所示.？溫控儀（型號(hào)WMZK-01）?A?1,A?2,A?3？接收溫度傳感器的信號(hào)，顯示各應(yīng)力桿的溫度，并可設(shè)定極限溫度以控制加熱體的工作狀態(tài).？穩(wěn)壓電源向拉壓力傳感器提供24 V工作電壓.？電壓表V用于顯示實(shí)驗(yàn)裝置總電路的工作電壓.毫伏表mV用于顯示拉壓力傳感器的輸出信號(hào).表中顯示的值為實(shí)際輸出信號(hào)的10倍.該毫伏值與作用力大小成正比關(guān)系.經(jīng)測(cè)定，5 kN量程時(shí)，當(dāng)量值為0.067 kN/mV;24 kN量程時(shí)，當(dāng)量值為0.025 kN/mV.3.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)？由主機(jī)，顯示器及打印機(jī)組成.應(yīng)力桿的輸出信號(hào)被放大1 000倍，后經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后以坐標(biāo)圖形式顯示在屏幕上，以便直觀地看到應(yīng)力變化趨勢(shì).該坐標(biāo)圖的橫軸為時(shí)間軸，縱軸為應(yīng)力（或電壓）軸.所顯示的圖像中，橫坐標(biāo)軸下方的曲線為桿？B？所受應(yīng)力的動(dòng)態(tài)變化情況（其上方的兩條曲線與桿？A,C？對(duì)應(yīng)）.屏幕圖像可存儲(chǔ)和重現(xiàn)，亦可通過打印機(jī)打印出來.？四，實(shí)驗(yàn)原理？金屬構(gòu)件在熱循環(huán)過程中，由于材料熱傳導(dǎo)特性等因素的影響，構(gòu)件各部分之間，構(gòu)件表層與心部之間必然存在溫差，致使金屬構(gòu)件的膨脹，收縮量有所差異，加之剛性構(gòu)架中各部分之間的互相制約，于是在不同的溫度區(qū)間里在構(gòu)件中便會(huì)形成熱應(yīng)力.？基于上述原理，將應(yīng)力框的中間應(yīng)力桿？B加熱，隨著溫度的升高，其長(zhǎng)度將有所增加.由于桿B已被鎖定，于是形成兩側(cè)桿A,C與桿B之間的約束狀態(tài)，致使桿A,C受拉，桿B？受壓.此時(shí)三桿間的相互作用通過拉壓力傳感器以電壓信號(hào)的形式輸出，由毫伏表和屏幕顯示出來.三桿間的溫差越大，作用力也越大.根據(jù)標(biāo)定的作用力與電壓間的當(dāng)量值可計(jì)算出作用力（應(yīng)力）的數(shù)值.加熱到最高溫度時(shí)松開鎖緊螺栓，使三桿間的約束解除，相當(dāng)于中間桿？B？發(fā)生了塑性變形.由于作用力消失，因此毫伏表指針和屏幕顯示的曲線均回歸零位.再次鎖緊中間桿，并停止加熱，則在冷卻過程中，三桿間又產(chǎn)生符號(hào)相反的作用力.？五，實(shí)驗(yàn)設(shè)備？熱應(yīng)力測(cè)定儀，微型計(jì)算機(jī)（含《鑄造應(yīng)力》CAI軟件）.？六，實(shí)驗(yàn)步驟？1.計(jì)算機(jī)仿真測(cè)定？1）在計(jì)算機(jī)上，利用《鑄造應(yīng)力》實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件，了解鑄造應(yīng)力的分類，成因，分布規(guī)律及其影響；？2）用應(yīng)力框法進(jìn)行鑄造熱應(yīng)力的仿真測(cè)定.？2.使用熱應(yīng)力實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行鑄造熱應(yīng)力的測(cè)定？1）檢查實(shí)驗(yàn)裝置各部件，管路，接頭的連接是否正確與完好；檢查電器線路，接口連接正確及接觸良好與否；檢查確認(rèn)應(yīng)力框部分接地良好與否.設(shè)定溫度控制儀的極限加熱溫度值（桿間溫差不大于60 ℃）.？2）接通電源，開啟溫度控制儀；接通穩(wěn)壓電源，開啟計(jì)算機(jī)，并使計(jì)算機(jī)處于C\>狀態(tài).進(jìn)行如下計(jì)算機(jī)操作：？SAMPLE？ 顯示菜單？0？ 顯示File Name——？輸入文件名（或？）？ 顯示hour——？輸入時(shí)（0），分（30），秒（0）數(shù)和采樣時(shí)間（1 ms）.？顯示坐標(biāo)圖.？3）鎖定桿B.適當(dāng)調(diào)整桿A,C緊固程度，使各毫伏表的初始指示值最小.？4）接通加熱體電路，加熱中間桿B（為避免加熱速度過快，可手動(dòng)控制開關(guān)KB1 ，以形成間歇供熱方式）.？5）記錄溫度值和該時(shí)刻與之對(duì)應(yīng)的毫伏表的毫伏值.？6）在設(shè)定的極限溫度上停留一段時(shí)間.在紅燈亮的狀態(tài)下，松開桿B的鎖緊螺栓G.當(dāng)毫伏表指針停留在最小數(shù)值時(shí)，再次鎖緊中間桿B，同時(shí)切斷加熱體電路.？7）觀察和記錄冷卻過程中的溫度值和對(duì)應(yīng)的毫伏數(shù).當(dāng)毫伏表指針低于0刻度時(shí)，將開關(guān)KA2 ,KB。

3.實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析的實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法目前已有電學(xué)的、光學(xué)的、聲學(xué)的以及其他方法。

有電阻、電容、電感等多種方法，而以電阻應(yīng)變計(jì)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用較為普遍，效果較好。①電阻應(yīng)變計(jì)法 電阻應(yīng)變計(jì)是一種能將構(gòu)件上的尺寸變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的變換器，一般由敏感柵、引線、粘結(jié)劑、基底和蓋層構(gòu)成。

將它安裝在構(gòu)件表面。構(gòu)件受載荷作用后，表面產(chǎn)生微小變形，敏感柵隨之變形，致使應(yīng)變計(jì)產(chǎn)生電阻變化，其變化率和應(yīng)變計(jì)所在處構(gòu)件的應(yīng)變成正比 。

測(cè)出電阻變化，即可按公式算出該處構(gòu)件表面的應(yīng)變，并算出相應(yīng)的應(yīng)力。依敏感柵材料不同，電阻應(yīng)變計(jì)分金屬電阻應(yīng)變計(jì)和半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)兩大類。

另外還有薄膜應(yīng)變計(jì)、壓電場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)變計(jì)和各種不同用途的應(yīng)變計(jì)，如溫度自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)、大應(yīng)變計(jì)、應(yīng)力計(jì)、測(cè)量殘余應(yīng)力的應(yīng)變化等。②電容應(yīng)變計(jì)法 電容應(yīng)變計(jì)是一種能將構(gòu)件上的尺寸變化轉(zhuǎn)換成電容變化的變換器。

試件變形時(shí)，兩電容極片間距隨之變動(dòng)，引起電容變化。測(cè)出電容變化率，按公式可算出試件的應(yīng)變 。

電容 應(yīng) 變計(jì)有弓形 、平板式和桿式等類型，多用于發(fā)電廠的管道、設(shè)備或核能設(shè)備的長(zhǎng)期高溫應(yīng)變測(cè)量，監(jiān)視裂紋的形成和發(fā)展，以及對(duì)航空航天構(gòu)件材料進(jìn)行高溫性能測(cè)試等。 此法發(fā)展較快，方式較多，逐漸形成光測(cè)力學(xué)。

經(jīng)典的光彈性實(shí)驗(yàn)技術(shù)已從二維、三維模型實(shí)驗(yàn)（如光彈性法、光彈性應(yīng)力凍結(jié)法）發(fā)展成為能用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的光彈性貼片法，用來解決扭轉(zhuǎn)和軸對(duì)稱問題的光彈性散光法，研究應(yīng)力波傳播和熱應(yīng)力的動(dòng)態(tài)光彈性法和熱光彈性法，進(jìn)行彈-塑性應(yīng)力分析的光塑性法 ， 以及研究復(fù)合材料力學(xué)的正交異性光彈性法 。除了上述 經(jīng)典方法外 ，還有云紋法、云紋干涉法、全息干涉法、散斑干涉法、全息光彈性法、焦散線法等。

此外還有80年代發(fā)展起來的光纖傳感技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)等。①光彈性法 運(yùn)用光學(xué)原理研究彈性力學(xué)問題的一種實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析方法。

某些各向同性透明的非晶體高分子材料受載荷作用時(shí)，呈現(xiàn)光學(xué)各向異性，使一束垂直入射偏振光沿材料中的兩主應(yīng)力方向分解成振動(dòng)方向互相垂直、傳播速度不同的兩束平面偏振光；卸載后，又恢復(fù)光學(xué)各向同性。這就是所謂的暫時(shí)雙折射效應(yīng)。

用具有這種效應(yīng)的透明塑料按一定比例制成零構(gòu)件模型，置于偏振光場(chǎng)中，施加一定的載荷，模型上便產(chǎn)生干涉條紋。通過計(jì)算，就能確定模型受載時(shí)各部位的應(yīng)力大小和方向。

此法對(duì)應(yīng)力集中區(qū)和三維內(nèi)部應(yīng)力問題的求解特別有效。②云紋法 通過測(cè)定云紋并對(duì)其進(jìn)行分析以確定試件的位移場(chǎng)或應(yīng)變場(chǎng)的一種實(shí)驗(yàn)分析法。

其原理是，當(dāng)柵板和柵片重疊時(shí)，因柵片牢固地粘貼在試件表面而隨之變形，遂使柵板和柵片上的柵線因幾何干涉而產(chǎn)生條紋即云紋?？赏ㄟ^云紋測(cè)定物體表面的等高線，以及板殼的撓度分布等。

③云紋干涉法 幾何云紋法與光學(xué)干涉法相結(jié)合的一種實(shí)驗(yàn)分析法。將高密度衍射光柵精確復(fù)制在物體表面，并用激光束照射該光柵，便可通過光柵衍射波干涉形成的條紋圖，獲得物體表面的變形信息 。

此法靈敏 度高 ，條紋對(duì)比度好；能進(jìn)行全場(chǎng)分析，實(shí)時(shí)觀測(cè)，量程幾乎不受限制。④全息干涉法 利用全息照相獲得物體變形前后的光波波陣面相互干涉所形成的干涉條紋圖進(jìn)行物體變形分析的一種方法。

全息照相是一種不用透鏡而能記錄和再現(xiàn)被攝物體的三維圖像的照相方法。它能把來自物體的光波波陣面的振幅和相位信息以干涉條紋形式記錄下來，又能在需要時(shí)再現(xiàn)出來，以觀察到物體的三維圖像。

全息干涉法的主要內(nèi)容是研究條紋圖的形成、條紋的定位以及對(duì)條紋圖的解釋。對(duì)于具有漫反射表面的不透明物體，條紋圖表示物體沿觀察方向的等位移線；對(duì)于透明的光彈性模型（如有機(jī)玻璃），則表示模型中主應(yīng)力之和等于常數(shù)的等和線。

常用的全息干涉法有雙曝光法、即時(shí)法和均時(shí)法。⑤散斑干涉法 精確檢測(cè)物體表面各點(diǎn)位移的光學(xué)測(cè)試法。

激光照射在漫反射物體表面時(shí)，由反射光波干涉形成的散斑隨物體變形或位移而變化。采用適當(dāng)裝置，通過雙曝光法把變形前后的散斑記錄在一張全息底片上，經(jīng)顯影定影后便可獲得存儲(chǔ)物體表面各點(diǎn)位移信息的散斑圖。

用激光照射散斑圖，就顯出散斑干涉條紋。在進(jìn)行光學(xué)傅里葉變換信息處理后，便可分析出位移信息。

⑥焦散線法 利用焦散線測(cè)量應(yīng)變（或應(yīng)力）奇異場(chǎng)力學(xué)參數(shù)的一種光學(xué)實(shí)驗(yàn)法。當(dāng)一束光垂直照射在一塊受載的帶有邊緣裂紋透明薄板試件的局部高應(yīng)變場(chǎng)區(qū)域時(shí)，由于域內(nèi)各處厚度的變化十分懸殊，使透過的光線發(fā)生強(qiáng)烈偏折和匯聚，在試件與像屏間的空間形成一個(gè)明亮的曲面，稱為焦散面。

若用一個(gè)半透明屏幕切割此焦散面，就可看到一條明亮的曲線，即焦散線。通過光學(xué)和力學(xué)分析，可將焦散線的幾何參數(shù)與奇異場(chǎng)的力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系建立起來，從而通過測(cè)量焦散線的幾何形狀，可求出有關(guān)的力學(xué)量。

⑦光纖傳感技術(shù) 用光纖作“傳”和“感”的元件，當(dāng)光通過光纖時(shí)，光的某一特性（如光強(qiáng)、相位、波長(zhǎng)、偏振等）受到被測(cè)物理量的影響而發(fā)生變化，利用這一變化即可測(cè)得諸如聲壓、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、位移、加速度、應(yīng)變、溫度等。光纖傳感器的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是：光纖是一種。

4.殘余應(yīng)力的測(cè)量方法

1.盲孔法殘余應(yīng)力測(cè)量

它的原理是在平衡狀態(tài)下的原始應(yīng)力場(chǎng)上鉆孔 ，以去除一部分具有應(yīng)力的金屬，而使圓 孔附近部分金屬內(nèi)的應(yīng)力得到松弛，鉆孔破壞了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)而使應(yīng)力重新分布，并呈現(xiàn)新 的應(yīng)力平衡，從而使圓孔附近的金屬發(fā)生位移或應(yīng)變，通過高靈敏度的應(yīng)變儀，測(cè)量鉆孔后的應(yīng)變 量，就可以計(jì)算原應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力值。

殘余應(yīng)力檢測(cè)儀主要采用盲孔法進(jìn)行各種材料和結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力分析和研究，還可作為在靜力強(qiáng)度研究中測(cè)量結(jié)構(gòu)及材料任意點(diǎn)變形的應(yīng)力分析儀器。如果配用相應(yīng)的傳感器，也可以測(cè)量力、壓力、扭矩、位移和溫度等物理量。它以計(jì)算機(jī)為中央微處理機(jī)，采用高精度測(cè)量放大器、數(shù)據(jù)采集和處理器，測(cè)量中無需調(diào)零，可直接測(cè)出殘余應(yīng)力值的大小及方向，實(shí)現(xiàn)了殘余應(yīng)力測(cè)量的自動(dòng)化。

2.磁測(cè)法殘余應(yīng)力測(cè)量

磁測(cè)法殘余應(yīng)力檢測(cè)法主要是通過磁測(cè)法來測(cè)定鐵磁材料在內(nèi)應(yīng)力的作用下磁導(dǎo)率發(fā)生的變化確定殘余應(yīng)力的大小和方向。眾所周知，鐵磁材料具有磁疇結(jié)構(gòu)，其磁化方向?yàn)橐状呕S向方向，同時(shí)具有磁致伸縮性效應(yīng)，且磁致伸縮系數(shù)是各向異性的，在磁場(chǎng)作用下，應(yīng)力產(chǎn)生磁各向異性。磁導(dǎo)率作為張量與應(yīng)力張量相似。通過精密傳感器和高精度的測(cè)量電路，將磁導(dǎo)率變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸出電流（或電壓）值來反映應(yīng)力值的變化，并通過裝有特定殘余應(yīng)力計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算機(jī)計(jì)算，得出殘余應(yīng)力的大小、方向和應(yīng)力的變化趨勢(shì)。

3.X射線衍射法殘余應(yīng)力測(cè)量

在各種無損測(cè)定殘余應(yīng)力的方法之中，X射線衍射法被公認(rèn)為最可靠和最實(shí)用的。它原理成熟，方法完善，經(jīng)歷了七十余年的進(jìn)程，在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程和材料科學(xué)，取得了卓著成果。 X-射線應(yīng)力測(cè)定儀是一種簡(jiǎn)化和實(shí)用化的X射線衍射裝置，因而它還有一項(xiàng)附加的功能──測(cè)定鋼中殘余奧氏體含量。由于它適用于各種實(shí)體工件，而且能夠針對(duì)同一點(diǎn)以不同的φ角、Ψ角進(jìn)行測(cè)試，以探測(cè)織構(gòu)的影響，這項(xiàng)功能便具備了重要而獨(dú)特的用途。