剥层法测量车轴残余应力及有限元分析

《剥层法测量车轴残余应力及有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、X射线衍射法在轴类工件残余应力测量中的应用李益华1吴运新1龚海1李泉2张澄2王晓燕1吴中怀1（1.中南大学机电工程学院长沙410083；2.株洲天力锻业有限公司株洲412001）摘要：根据测试车轴表面下面2mm处残余应力的要求，推导了剥层测量残余应力的修正公式，利用生死单元法仿真了车轴车削过程，验证了剥层测量残余应力的修正公式的正确性，并采用X射线衍射法检测了某车轴2mm处的轴向和周向残余应力。结果表明X射线衍射法和修正公式能有效地测出车轴2mm处的残余应力。关键词：X射线衍射法；车轴；剥层修正公式；生死单元法；中图分类号：U270.7文献标志码：A文章编号：Applica

2、tionofX-raydiffractionmethodofresidualstressinaxialworkpieceLIYi-hua1,WUYun-xin1,GONGHai1,LIQuan2,ZHANGCheng2,WANGXiao-yan1,WUZhong-huai1(1.CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083，China；2.ZhuzhoudayforceforgingindustryCo.,LTD,Zhuzhou,412001,China)A

3、bstract:Accordingtotheprincipleofmeasuringtheresidualstressofaxle2mmundersurface，themodifiedformulaofresidualstressinstrippingmethodwasdeduced,andthecorrectnessofthemodifiedformulawasprovedbyusingbirth-deathelementmethodinsimulatingtheprogressofturningtheaxle.Thetestmeasuredtheresidualstre

4、ssofaxle2mmbelowsurfacebytheX-raydiffractionmethod.MeasuredresultsshowthattheX-raymethodandmodifiedformulacouldmeasuretheresidualstressofaxle2mmbelowsurfaceeffectively.Keywords:X-raydiffractionmethod;axle;modifiedformulainstrippinglayer;birth-deathelementmethod0引言收稿日期：2011-7-27；修订日期：2012-4

5、-20.基金项目：国家重点基础研究发展规划973项目（编号：2010CB731703）作者简介：李益华（1988-），男，汉族，湖南益阳人，硕士研究生。导师：吴运新（1963-），男，教授，博士生导师，主要从事高性能铝材、机械振动与故障诊断，残余应力等方面的研究.E-mail:wuyunxin@csu.edu.cn车轴是保证铁路机车安全运行的重要构件。随着中国铁路大面积提速和重载列车的增多，对车轴的强度和可靠性要求越来越高，而铁路机车在高速运行中车轴的各种损伤不断出现，都与残余应力分布状态有较大的关系。相关研究表明，车轴表面的残余应力分布状态对车轴的疲劳强度有重要影响。按照

6、欧洲标准EN13261-2003中车轴残余应力的规定，在车轴表面以下2mm的两个不同点测得到的残余应力值之差应不大于40MPa。因此分析车轴表面以下2mm处的残余应力分布有着十分重要的意义。目前，比较成熟且普遍应用的残余应力测试方法可以大致分为机械破坏测试法和无损测试法两大类[1]。机械破坏法的原理是用机械加工的手段将构件部分加工或完全剖分，使其因释放部分或全部残余应力并造成的相应的位移与应变，通过释放应变计算出残余应力，如盲孔法、剖分法、环芯法、剥层法等。盲孔法虽然对材料破坏性小且打孔、测量操作方便，但是盲孔法精度较低，不适合低水平残余应力的测量。剖分法破坏性较大，其应用

7、受到很大的局限，且需要大量的切槽加工，加工繁琐，不适于现场测量。环芯法虽测量精度高，特别适合低水平残余应力测量，但对构件的破坏比较大，加上目前缺少统一的标准和专用的环槽加工设备，因此应用并不普遍。不过环芯法在一些大型锻件转子上成功测试结果说明环芯法应用于大型轴类零件的测量具有良好的前景[1]。无损测试残余应力的方法大多属于物理方法，如中子衍射法、X射线衍射法、磁性法及超声法等。X射线衍射法是目前最为成熟且应用最为广泛的一种无损残余应力测量方法，由于X射线对金属材料的穿透能力有限，一般仅有及几微米至几十微米，因此在车