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残余应力的存在严重影响工件的各种性能,残余应力的测量方法也一直是人们研究的重点。各种传统残余应力测量方法中,无损检测法具有无破坏性的优点,但是其无法测量沿厚度方向非均布的残余应力场;有损检测法虽然对工件具有一定的破坏性,但是其理论成熟,测量范围广,特别是其中的环芯法,应力释放完全。传统环芯法测量残余应力使用的是电阻应变花,其测量精度较低,且其导线影响开槽尺寸,只能用于较大型工件的测量中。 针对传统电阻应变花无法测量径向梯度变化较大的点焊残余应力场的缺点,本文引入了一种新型的粘贴式环形应变计,即DMI(直接测量公司)应变计,该应变计使用方便,测量数据充足精确。创新性地将环芯法与DMI应变计相结合,提出一种新型的测量方法,即环芯DMI应变计法。该方法既保留了环芯法的优点,又解决了传统电阻应变计无法测量径向梯度变化大的点焊残余应力的缺点。尤其是其无导线的特点使环芯法也能用于小型工件残余应力的测量。 文中建立了环芯DMI应变计残余应力测定法的基本公式。建造了环芯DMI应变计法测量一般残余应力的三维有限元模型,标定了基本公式中的释放系数,得到了释放系数表,并建立了释放系数关于槽深的拟合函数。分析了环芯直径、槽宽、泊松比和环槽圆角对释放系数的影响。环芯直径对释放系数的影响较大,并标定了不同环芯直径的释放系数表;槽宽的影响可忽略;泊松比对释放系数的影响较显著,对泊松比误差进行了修正;环槽圆角直接影响释放系数,与泊松比无关。 用逐层铣环槽的方法来测量沿厚度方向非均布的残余应力场,在有限元标定时采用的是逐层铣环槽标定法,分别标定了不同槽深中每个步进深度的释放系数。得到了沿厚度方向非均布一般残余应力的释放系数矩阵。 根据点焊残余应力轴对称的特点,建立了点焊残余应力二维轴对称有限元模型,得到了沿厚度方向均布和非均布的点焊残余应力释放系数表。不同环芯直径对应着不同的测量直径,选择几种常用环芯直径,得到了与之对应的测量直径,标定了不同环芯直径的释放系数。 模型尺寸对释放系数有影响,特别是模型厚度。以模型厚度与平均测量直径之比不变为前提,根据槽深、环芯直径和步进深度同比例缩放释放系数不变的原理,使标定得到的释放系数表适用于不同厚度工件的残余应力测定。通过实例模拟了环芯DMI应变计法的测量过程,并验证了释放系数矩阵的正确性。 本文从理论分析到有限元模拟,系统完整地研究了环芯DMI应变计法测量残余应力的方法,为这种新方法的工业应用和后继研究提供了借鉴意义。