通过钻孔应变计测量残余应力的标准试验方法 astm e837-2001

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1、通过钻孔应变计测量残余应力的标准试验方法1本标准以确定的标识E837发布，标识后的数字表示原稿录用年份，或如果有过修订的情况，最近一次修订的年份。圆括号中的数字表示最近一次审核的年份。上标epsilon艾普西龙(e)表示最后一次修订或审核前的编辑性修改。ε1——方程式17和18，章节9.2.2，9.2.3,11.2.5,11.2.6和表2于2002年1月以编者身份upated。引言钻孔应变计法用于测量某种材料近表面的残余应力。这种方法包括在表面上粘贴应变计、在应变计附近钻孔，并测量减小的应力。所测应变通过一系列的方程式与减小的主应力相关。1、范围1.1这种试验方法包括测定

2、等方性的（各向同性）线弹性材料的近表面残余应力的程序。尽管这种概念是很笼统的，但是这里所描述的试验方法在那些应力对深度并不十分敏感并且不会超过屈服强度的一半的情况下是适合的。这种试验方法经常被描述为“局部破坏性的”，是因为它所导致的破坏是非常局部的，而且在很多情况下并不会明显影响试样的使用。相比之下，其他许多测量残余应力的力学方法则会严重破坏试样。但是由于这里描述的试验方法依然会导致一些破坏，因此它只能被用于那些情况下：在试样有加工余量的地方或者引入较浅图1显示典型的钻孔法专用三元素顺时针应变花几何形状的示意简图1ASTME28力学试验委员会拥有本试验方法的最终解释权，并

3、由E28.13残余应力测量小组委员会负直接责任。现行版本于2001年10月10日通过，2001年11月颁布。起初以E837-81颁布。此前最新版本为E837-99。小洞也不会明显影响试样的使用的地方。1.2这个标准并不声称指出了所有对安全性的担心，若有的话，也是联系到它的使用。在建立适当的安全和健康操作并在使用之前确定调整限制条件之后的应用范围，是这个标准的使用者的责任。2、引用文件2.1ASTM标准E251金属结合电阻应变计工作特性的试验方法23、试验方法摘要3.1图1示意说明的是一个有三元或多元的普通类型的玫瑰形应变花被放置在考虑中的这个区域。应变计的这个编码方案按照

4、顺时针（CW）习惯（1）3。备注1——图1所示的应变花所用的应变计编号习惯不同于一些普通用途应变花和其他一些类型电阻应变花所用的逆时针习惯（CCW）。如果使用的是一个具有CCW的应变花，那么本试验方法中所描述的残余应力的计算方法依然适用。唯一的变化是在最拉伸的主应力方向上的反转。关于这一变化的描述见备注7。其他所有方向残余应力的计算不受影响。3.2在应变花几何中心钻一个深度为0.4D（应变计圆周平均直径）的小孔。3.2.1包围在钻孔周围的残余应力得到释放。释放的应变被一个合适的应变记录仪器测量。在紧邻小孔的地方，当小孔深度接近0.4D的时候应变几乎完全释放。3.3图2显示

5、了残余应力和一个当材料上钻入一个小孔时典型的表面应变释放的示意图。表面应变释放与释放的主应力按照下边的关系相关：εr=(A¯+B¯cos2β)σmax+(A¯-B¯cos2β)σmin(1)这里：图2符号释义εr=使用中心位于P点的放射状取向的应变计测量所得到的释放应变。A¯,B¯=向量σmax=最大拉应力σmin=最小（最大压缩的）主压应力β=顺时针测量1号应变计与σmax的夹角D=应变计中心所围圆周直径D0=钻孔直径3.3.1下边的方程式可以用来评估一个给定弹性性能的材料的恒量A¯和B¯。A¯=–a¯(1+v)/(2E)(2)B¯=–b¯/(2E)(3)这里：E=杨氏

6、模量，v=泊松比，a¯和b¯是无量纲的，几乎是材料的独立恒量（见备注2）。对于薄试样上的通孔和厚试样上的盲孔而言，两者所适用的这两个恒量值略微不同。备注2——无量纲系数a¯和b¯随孔深变化而变化，如表1所示。它们几乎是材料独立的，并不依赖于杨氏模量E，而且当泊松比在0.28~0.33范围内的时候它们的变化不到1%。对于薄板上的通孔a¯与泊松比是相互独立的。3.3.2释放应变ε1，ε2和ε3分别由如图1所示相对应编号的应变计测得。对于专业应2ASTM标准年度汇编，Vol03.01。3圆括号中的粗体数字在本试验方法结尾的参考资料列表中被提及。用，3对应变计通常沿方向1-2-3

7、布置（见5.2.3）。测量这3个参与应变为计算主应力σmax和σmin以及它们的方向β。3.3.3在图2中因为图示清晰的缘故，在小孔四周整个区域内的主残余应力σmax和σmin被暂时表示为均衡的。事实上，使残余应力在如此大的范围内均衡化是没有必要的。释放的表面应变仅仅依赖于小孔边缘的初始主应力（2）。小孔边缘的应力不会影响释放应变。正因如此，钻孔法是一种非常局限性的残余应力测量方法。3.3.4假设小孔边缘以内的初始应力的变化是很小的，并且随深度的变化也是可忽略的。小孔以外位置上的初始应力的均匀化是没有必要的。4、意义与应用4.