切條法測彎曲條殘余應力的夾直測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于力學測量領域（G01L測量力、應力、轉矩、功、機械功率、機械效率或流 體壓力）。
【背景技術】
[0002] 測試鋼構件殘余應力的方法有很多種，也各有優缺點，其中切條法由于其原理簡 單、操作簡便、精確度高、經濟可行，從二十世紀四十年代至今被大量地運用于鋼構件縱向 殘余應力的測量中，而且常被用于衡量其它測量方法的準確性。現有的"切條法"中，通常 是在鋼構件沿厚度方向進行鉆孔定位，然后將構件截面沿構件縱向分割成細長小條，使得 截面內部縱向殘余應力得以充分釋放，用手持式應變儀可以測量切割前后鋼條長度的變化 得到殘余應變，再運用胡克定律計算出截面的殘余應力。
[0003] 現有的"切條法"中，細條標距L的測量值（或者是細條上兩個鉆孔之間標距L)是 "切條法"最為關鍵的一個測量值。但是，焰切邊或焊縫部位切割后的小條可能產生明顯單 向平面彎曲，甚至是空間扭曲。這些都會使得最終計算出的結果與實際的鋼構件殘余應力 之間具有誤差。
[0004] 國內外學者均發現了上述問題，大多數解決方法是提出一些修正公式，參見圖 5。例如，美國學者提出了修正應變公式：
，其中，L是鉆孔標距，δ是曲線 中部的矢高。國內的學者提出了按照假設變形曲線是拋物線求得修正應變公式：Α ε = [40( δ /L)2-96( δ /L)4]/15。也有國外的學者將變形假設為圓弧曲線，在切條小變形的情況 下，有對弦長到弧長的修正項es，測量錐與孔徑中心不重合引起的弧長修正項eh，從切條 表面弧長到中間層弧長的修正項et，同時加入側向彎曲引起的修正項εη，得到如下4項長 度修正項
[0005] 其中，Si是板平面內彎曲曲線中部的矢高（側彎矢高），d是鉆孔直徑，t是切條 厚度，α是儀器錐角角度。
[0006] 上述三種修正公式，前兩種僅限于弦長到弧長的修正，而第三種圓弧公式考慮因 素更多。拋物線公式和圓弧公式的、修正項十分接近，但二者的修正數值是第一種修正 公式計算結果的2. 67倍，在變形比較明顯的時候會產生很大的差別。
[0007] 同時，這些修正方法都依賴于測量出彎曲切條的彎曲矢高，然后根據矢高和假設 的變形曲線對測得的數據進行修正。但這些假定的變形曲線本身缺少合理的依據，特別是 前面提到的"空間扭曲"情況，各種變形假設都不是很合適。
[0008] 進一步地講，不同學者提出的各項公式之間差別較大，給殘余應力測試結果帶來 了不確定性和很大的困擾。本領域技術人員往往難以選擇合適的方式，實際測量中難以真 實地得到鋼構件殘余應力。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的是解決現有切條法的過程中，產生不可預計的變形，導致鋼構件殘 余應力難以準確獲得的問題。
[0010] 為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，準備一個大理石制成的測量臺和 若干個C形夾，所述測量臺包括基座部分和凸緣部分。所述基座部分的上表面為水平面A。 所述凸緣部分是水平面A上延伸出的一個長方體狀的條形塊。所述凸緣部分的一個側面垂 直于水平面A，這個側面記為垂直面B。采用切條法測量鋼構件縱向殘余應力的過程中，將 切下的鋼條擱置于水平面A，并使得鋼條的一側靠著垂直面B。采用若干個C形夾，將鋼條 與基座部分和凸緣部分夾緊后，測量鋼條的標距L。將測得的這個標距L作為計算鋼構件縱 向殘余應力的依據。
[0011] 本發明達到的技術效果將通過一個實施例進行說明。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明測量臺示意圖；
[0013] 圖2為鋼構件切割示意圖；
[0014] 圖3 C形夾示意圖；
[0015] 圖4切條示意圖；
[0016] 圖5切條變形示意圖；
[0017] 圖6切條中間層纖維示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合實施例對本發明作進一步說明，但不應該理解為本發明上述主題范圍僅 限于下述實施例。在不脫離本發明上述技術思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣 用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本發明的保護范圍內。
[0019] 本實施例公開，一種切條法測彎曲條殘余應力的夾直測量方法。值得說明的是，本 實施例所涉及的被測試樣、計算模型與現有切條法測試殘余應力的方法一樣。圖2對此進 行了舉例說明：圖中為一厚度為h的平板狀鋼構件，在平板的上表面打孔K1和孔K2,打孔 后用手持式應變儀測量孔K1和孔K2之間的距離L。（手持式應變儀的尖頭插足插入孔中）， 然后沿著切割線切下一塊鋼條（如圖4)。鋼條的厚度即為平板狀鋼構件的厚度h，鋼條的 長度為y、寬度為X。準備一個如圖1那樣的大理石制成的測量臺1和若干個如圖3所示的 C形夾。
[0020] 參見圖1，所述測量臺1包括基座部分101和凸緣部分102。所述基座部分101的 上表面為水平面A。所述凸緣部分102是水平面A上（向上）延伸出的一個長方體狀的條 形塊。所述凸緣部分102的一個側面垂直于水平面A，這個側面記為垂直面B。水平面A和 垂直面B構成一個L形面。
[0021] 將前面提到的鋼條擱置于水平面A，并使得鋼條的一側（切割面）靠著垂直面B。 優選地，垂直面B的高度大于或等于h，水平面A的寬度遠遠大于X。水平面A、垂直面B均 打磨光滑。
[0022] 采用若干個C形夾，將鋼條與基座部分101和凸緣部分102夾緊。例如，可以采用 三個C形夾，讓其鉗口夾緊鋼條與凸緣部分102 (鉗口分別接觸圖中的F面和N面），緊固 這些C形夾的螺栓，即使得鋼條的Η面緊貼平整度較高的垂直面B。再采用三個C形夾，使 其鉗口夾緊鋼條與基座部分101 (鉗口分別接觸圖中的Μ面和Ε面），緊固這些C形夾的螺 栓，即使得鋼條的G面緊貼平整度較高的水平面Α。
[0023] 測量鋼條的標距L。實施例中，標距L即是用手持式應變儀測得的切割后孔Κ1和 孔Κ2之間的距離L (即鉆孔標距，手持式應變儀的尖頭插足插入孔中），將測得的這個標距 L作為計算鋼構件縱向殘余應力的依據，其余參數均采用與現有技術類似的方式獲得。
[0024] 本實施例說明了本發明的優點和積極效果：避免了對切條后彎曲形狀的探討和 對變形形狀的測量。通過對彎曲條的夾直處理，可以直接測得切條中間層纖維的直線長度 (如圖6)，從而可直接采用胡克定律得到最終的殘余應力。殘余應力是構件截面內自平衡 的內應力，其合力應為零。因此，測得殘余應力分布和數值是否準確可用整個截面的不平衡 應力來初步衡量。采用切條法測試8個460MPa焊接Η形截面殘余應力，其中涉及到的參數 L的測量同上述方法，每個截面的不平衡應力如下表：
[0026] 由上表可知，最大的不平衡應力為8MPa，僅為名義屈服應力（460MPa)的1. 7%，遠 小于殘余應力測量可以接受的誤差范圍。可以驗證本專利公開的方法精度高、準確可靠。
【主權項】
1. 一種切條法測彎曲條殘余應力的夾直測量方法，其特征在于： 準備一個大理石制成的測量臺（1)和若干個C形夾，所述測量臺（1)包括基座部分 (101)和凸緣部分（102);所述基座部分（101)的上表面為水平面A;所述凸緣部分（102)是 水平面A上延伸出的一個長方體狀的條形塊；所述凸緣部分（102)的一個側面垂直于水平 面A，這個側面記為垂直面B; 采用切條法測量鋼構件縱向殘余應力的過程中，將切下的鋼條擱置于水平面A，并使得 鋼條的一側靠著垂直面B; 采用若干個C形夾，將鋼條與基座部分（101)和凸緣部分（102)夾緊后，采用手持式應 變儀測量鋼條上的標距L;將測得的這個標距L作為計算鋼構件縱向殘余應力的依據。
【專利摘要】本發明解決現有切條法測試鋼構件殘余應力難以準確獲得的問題，公開一種切條法測彎曲條殘余應力的夾直測量方法。先準備一個大理石制成的測量臺和若干個C形夾，所述測量臺包括基座部分和凸緣部分。所述基座部分的上表面為水平面A。所述凸緣部分是水平面A上延伸出的一個長方體狀的條形塊。所述凸緣部分的一個側面垂直于水平面A，這個側面記為垂直面B。采用切條法測量鋼構件縱向殘余應力的過程中，將切下的鋼條擱置于水平面A，并使得鋼條的一側靠著垂直面B。采用若干個C形夾，將鋼條與基座部分和凸緣部分夾緊后，測量鋼條的標距L。將測得的這個標距L作為計算鋼構件縱向殘余應力的依據。
【IPC分類】G01L5/00
【公開號】CN105352640
【申請號】CN201510682903
【發明人】聶詩東, 楊波, 熊剛, 胡鷹, 張偉富, 金聲, 戴國欣, 白巨波
【申請人】重慶大學
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月20日