剥层测量残余应力的修正.docx
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剥层测量残余应力的修正
伍甫矗工大字学报（旬広什审—
*20#VI4IRJournalofSouthChinaUaiTcrtityofTeebaotogrVol.20No.4
199丄年12月（NaturalScience）December1N2
剥层测量残余应力的修正
胡华南陈沒洲周泽华
（曲理1：
大H）
99已加工袞IH残余应力对机较写備什的功能打为育狠•婴的E豹.ftiJSt卅口前力
止.已加工衣1E层内残余应力仍M在许多何!
!
•木文厦出了袤3B丸！
2时Q余应力测・（Mixwtt法或剥慝仗性方用总）的修正方法尺作正公式•通过对试黠敷朋修正计算・的屡丙用此方法可大A94M1M度・农文为找金炮力梢■修芒抿供了理论依期・作靑还讨论了巳加工敦BB残余应力测1»仪讦的0要性何!
!
•
关■饲I<*A力・X4fK»lt*>9\&
巳加工表面层残余应力尼ID工袤面质St•个做JR耍的參数・它对机械爭部件的便用性能有为重娈的形响例如.在火筋发射运行时.火能某些導部件表而层的残余应力JT接够响火箭的运行轨连）庄飞机发动机.挣通柴油机及机车魅动机3S中许多受交变我曹作用的字件我面残余应力与n«^f»度•便用寿分有着密切的关系,残余应力还形“到宅部件的尺寸总定性.以电越待性們.设计制造現代机械产品.更翌注慎K构件的加工茨而质SL因«：
•残余应力的硏究一XI是人们的*心研究還题之一•
研究恂休内部残余应力.通常情况下•rr先娶解决的何題是残余应力的测盘何題・冃前人们用来测議残余应力的方法很多'八•但花研究加工茨面戾余应力时.晟常用的方圧址測层雋挠度法和Xfttt衍射扶两种•燮砂丸加工衷面空残氽应力沿层深方向分布时.无论釆用X射仪法咸刈泾测挠度决•郁必须对被测试件加工农面进行电解有蚀或电解牠光制层•剥层可劭表面展均匀劉U•或轩面窃蚀利恳"•而沿表面均5JWWSMS?
法是口outfit用的亠个方法•fit先是HjF.St^blein■相N.N.D.videnkov"夸住盹年代契出.但是.这个方法计算时9^91分.较0杂）而IU为了M少渓差•还5?
作图形（剧反尽度与疗曲挠度关系曲线儿圻知1984年以色列学A.Bar-Shay和ABer•考虑對加工袤面残余应力仅仅界在于农浙一个很海的层内•超过此层再深处・残余应力就几F消失.他们提出了用线性方程法测加工衷卤残余应力・比方法矣出的优点血是简讯明了，便于使用.
然而.A.B—Sh.y臾出的线性方程快不能丸接用以#!
債加工衣面沿层深方向分布的残余应力大小（从凰理上讲）或蓟*址差很大另一方面・用X射拔法M!
童试件内部应力拾聃宜加工茨面的深度方向分布时•必灰对农面进斤剧忌俟而■執朵后在侨液
中国阳书竟料分矣9TH123来IR日M.月17日
:
帀恳所测待的残余应力并不導于未判层时在此层内原始存住的我余应力.它们究竞相差多少呢？
这时.对測II结集进行修正足再有必嘤呢？
若幺旻.又该如何修正呢？
对此•目前面耒有文论及.木文如讨论以下两个何題.第一•代而測坯斤残余应力测it结果的修iE问《£■窮二，利用Bar-Shay方程法或改进的坝性方程法来测总找余应力沿以
決方向分布问
1良面剥层后残余应力测量结果的修正
1.1x射疑法洲量残余应力沿宴澤分布时•测憑值的修正
杈据X射爼法测斤原理，用此法側盘残余应力仅反映袤面层朋薄的一広内（Xlt线穿速的深度若干umiq度〉的平沟应力•故比法不能用樓用来测廉残余应力沿层深方向的分布・要鸿应力沿深度方向分布，也必次鹰蚀制层.这可以打两个途径,錐一是倾钏肩蚀法，如图h即在被测试件农面层腐憧成一料平面，使之与左始表面SH200左右的倾料皮・竣后可该倾斜面上不网位用《即沿袤戻向下不同谏度）的残余应力和硬度的分柑.比方法是最近新发展的一个方法4•可以用于第复测秋・但倾轩面的获憑还存在一些工艺何題・而R理论上讲•还存庄测赧原理渓垫.第二.也整木文所讨论的廉点之~・即沿袤而均匀腐烛法.它是目前应用E为广臣的方法.但超.-WCT况T,尤代址表瓯形状2杂时对测・结果并未进行作正U俟$扣亦方法不需修正）•而实际上・经er烛去民右所测的衷面残余应力并不竽于脫始状杰时此怎处的残余反力.为伽足见•我们必須考世对测fi«c«进行修正问團.
K2试件虫残余应力分術
ssi斜面urttit
现在我们來考慮!
52所示情况.仪设矩形飲间试样农而7!
-定深度内存在科沿纵向（*向）单向残余疋力。
《"•芳我们考虑税而很薄的一SJAA内应力分布时.可认为戍力均匀分布，R为•见图3.假定试件«（h方向〉为一个烧位・试件巳加工襄面层"内秤在拉（应）力F〈F“-•">■现考也和洌去衣层两的试件加体两个分炭体（图S（a>）t由于我12拉力F作用，使试件东体在其农面处交一压力=-F）作用，当共向中心简化时.即快试件基休中心处受1E力几（1巴|“尸|和穹矩亂而且导致试件发生宵曲变形（图当測层测仗时・衣面应力应ZU被利去，应力样放厉，便会引启试件变形（图3（0试件由弯曲变fi）.IWrfj于茨面用力広2U的存札
使试件内存住有星图3（c）所示的应力分布•
ahtkHSl力廉&牧试炸变形JUU力分为力了42鬼・这里初时认
为HV4对计界维縻卩梢完全可息略》
由材料力学.弯矩产生的弯曲应力为
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（対中性铀距酹〉所以有
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的修正項。
■■为由TMiM去的第r二展的够响.o•，-,同殘有‘•I
o.MS（rn（oA.（i=2t3.—»n>（8）
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现在.我们来讨论修正项（"2.3.・・・e4-1>2>）的计
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同理.
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考虑由于專二13的测除对后嫦层的总*由式（3〉.点（3鼻几同理可冯修正項为.
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…般地.同理可求轉由于SU层的剎徐对后绝尼残余应力状态的有其修正通式.
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（14）
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因此•由式（6）><7）>（3）>
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■=一般览，
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•.•••w■*<^w上式中.所冇填可由通式（13）J4（13a）和式《14）来弘o<.W为修正后残余应力<&•5为剧尼后立接测*值・是未修正值•
1.2Bar-Shayft性方程改进及&力分布測量住正
根据材料力醴.多考文献••町导出测QL计算砂余应力的线性沁.參见图5•对F矩％箴面立堆.¥度为〃•宽皮为1个銀位•茨切从披薄一凰内存H•乐向沿纵向的歿余应力6当用Kti法除去此层很薄的应力CL试件由比梁发生殍曲变形后.K曲岀半民为R（由于S»4f.这31A/为洌层石.i»!
M«的变化〉
"希（,6）
M=（17）
乂由图3.M"花虫J
「•t泸二（考虑到。
分布在入人屋内.而非表面八
（19）
又F-|or|A*t«>
laf■詰7H・■•爭戎"
。
为正时・衣示为拉应力.。
为负时.为压股加图5所示悄况・Af为正值《由宜架变庁曲・向被利从面凹进）出考jgAA«//时.由式（19）nJfH
式《20）即为Bar・Sh.y线性方粘而式（19〉为对Bar-Shay性方程的改进•廉要的是，利用式（19）hfc（20）«ppr»tt试件农圧残余应力分布.但还必歩进行條正.方法魁使用祠层法.测置挠度变化・根据式（19〉计算毎一障层内的残余应力。
“找甘考虑以前刈除怙对品继处内残余也力的C响.<-jA<19）«JR进巧作正，作正力法MB讥
魚必力的•正
修正公式仍为式（6）-（15>e
1.3修正计算实例
为了检歎上述方法及傕正公式的正确忤，MrJKMetCtttKes.Inc.的试笙數抵••"，对加工衣面层歿余应力分缶进行修正计算・
«te试・・・dlWkiHll吿门■疋计・・・仁・"2.・・•12）
36〃为B・lshaytil性方住法il興址处
试件養数.尺寸.SfxBx?
/=107.95xl9e05xl.5494mm1（4.25*x0.75*x0<061r）
挖制测卫长度.S=88.90mm材祐A1SH3I0帰性檢SbE・203.94GPa和工鈿件・普通腭削
由式（20）.叭严.•・82.3784'MPa）if算结果填入
知％栏・
由式（19〉.叭宁备（M-£皿），鲁
c■34.315（〃■A2（MPa）
（K中均为rmn）
计算苗果放入衣2•栏.
卞闻側根据前述修止甌址及修止公式对刘只败据进行作正.
由式（9）•aM.wi
■4AAi->4W-A*i•5；-1.5194-0.00508
=-2.69（MPa）
Ir>
1.0296-SA*a
•2.69（MPa）
*•1
1.0296
《式中Ah为oim.il=3・4■….12）
计算结果填入Sw袤（茨2）・又。
“2,・444.47MP・
-4
I■a•—■—■■—
W-AM*；-AA,
•au,»-5.87（MPa）
-A4t-A^t）-工AA.3*•!
由式（12）.0.（">c_.0.18"
・AA.・A*i>
3
代入救堀.计算后箔眾填入农2.X
a»=玄J…严G77・96MPa
>•1
MU山通式（13）.（】4》零得％屮|…和0•宀”•这塑•；*U2.-12t>/=
H2J”.・・・，12.又由式（15）求冯22・3・・・山・计鼻焙果均填入表2中・
由衣2可见.在所试檢鈿件下.修正項。
.ii大可达39・73MFa《帕对谋差更A）.经It正厉的残余应力与山si；bbm方法所符纳杲车M按近ein：
T«方程和B“r・Shay■方程的推9麻聖可躺丽者牛麻者电为柿确•从文軾•及用6还可发現・用Bar-Shay法求盼的残余炖力岖较HIStiblein法求得蚣果嬰大.共廉因主契汝地由P没育修止•囚比本文所提出的修止方法屋1T憐的9并冃•通过序察修正项数備人小可知・》试件风度H与总制M度相比不是很大时《如本文所引
例）.试老残余宙力穿透校深，分布范僧较大时.必次考虑由于先前刈去层对后赠戻应力伏态的形崛.即无论見用XJM线法或Bar-Shay饯性方视法或改进的仪性方程法测駅计算衣V:
内残余应力分布.酣必须修正.根制本玄援111的修正公式.进行炽准•利用电F计算机可很方便进行作疋・反之・若洌层¥廈戒残余应力穿遥（分布〉深度与试件悴度相比妆小时，m据修正公式町知.作1E項6・机小.比时•可不必财醐鱼结采进fiftiE（例如•通过羁层法側駅齿轮衣面匕的快余应力沿肉面X深分布时）.这一点很1B姜，它为進行期M歿余应力刃员时.何时应何时不洱矮修正捉供r用论依瓠
2结论
通过理论分析和数粥计算矣例，我们可袴出如下毗・
1.本文所提出的关干利杲测R残余用力H对側只妬果的修正方法是正•的.XK为X射线加刑股松圖残余应力分缶提供了一个扯高测*轴度的途径。
«.本文分析了也测JE厚度或残余应力那迓（分布）深度与试件。
度相比牧大时•曲谀对XIH饯法科W（揪足时〉戒崭层钱性方程法罔R结果邊行修疋・
3.水文提出決进的发性方程法比Bar-Shay法有JC高的材度•川Bar-Shay法或体改进広测5h再对测只结杲遊行作正.则测蛍林度拔简・
4.文抵•：
中.衣1中5・作为测F怙果.育必旻进行修正・
•考文纖
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（.13HeK.ToB»boffela!
eIaflueoceofthcroal&mxb"ic・Iimpactsobfatigueinprecision（rinditig9AdvancesiosurfacetreatseaotsaVo|al9OxfordiPcrcaaonPreu.
t2）E.Brinksaeicretal.Residualstresses—measurciccot&cautesinnachioiogprocesses^CIRP.1982,31
（1）
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C3）H.K.TooshoffetaleDeterBioatJoaoftheaaacbined&tberaalin*fluenceonta・chifi«dsurfacesbymicrohardacss&residualstressesanalysiSeCIRP.1MO>29
（2）.519
C4）EaBiakiaeicretal.Nondcstractivctestiagforevaluatingsurfaceintegrity,CIRI\IMG33（2>ftU9
ONMODIFICATIONTOMEASUREDDAT*OF
RESIDUALSTRESSESINMACHINED
SURFACELAYERBYREMOVALOFLAYER
HuHuanantChenChcngzhnugzbonZehaa
（BiDept,of.Meeh.Encnr.*SouthChinaUnit,ofTech.）
AbstractTheresidualstressesinmachinedsurfacecandctcrniiaethefunctionalbehaviourofcomponents・Hoire^r.sofar9therearcstillmanyproblemswhenmeasuringtheresidualstresses.In
paper,themethodtomodifythemeasureddataofresidualstresses,whichareobtainedbymeansofX・raymethodorthelioeareqva・tionmethod,iosurfaceafterremovalo（layerisconduced,themodificationformulaitalsoconduced.Bymodificationting
ofthetestdatawiththismethod,itisshownthatthe^irfeastirementwillbeallthemoreaccurate.Meanvhile»thetheondBlbate,onwhich
themeasurementoftheresidualstressesi$modiiiedjispresented.Alsothenecessityofmodificationtomeasured^data：
oftheresidual，灯essesisdiscussed.・・、・“•・叫•
Keywordstresidualstresses^surfacehyersiX-raystressmcasurmentfrcfnovalo（layer
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