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航空鋁合金壁板殘余應(yīng)力測試試驗
隨著鋁合金在航空航天領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，焊接鋁合金的需求也越來越大。然而，焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是一個不容忽視的問題。殘余應(yīng)力是指焊接完成后，材料內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力，它是由于焊接熱循環(huán)產(chǎn)生的溫度變化和材料本身的熱膨脹系數(shù)不匹配引起的，這種應(yīng)力如果如不及時處理，將對鋁合金構(gòu)件的性能產(chǎn)生不良影響，甚至危機安全。因此，航空鋁合金工件內(nèi)部殘余應(yīng)力的測試和分析成為了重要工作。
目前，殘余應(yīng)力測試方法主要由盲孔法、環(huán)芯法、磁測法、x射線。盲孔法因其操作簡單、適用范圍廣、測量結(jié)果準確等優(yōu)點，在航空航天行業(yè)廣泛應(yīng)用。本文主要是采用盲孔法對航空鋁合金壁板進行殘余應(yīng)力測試，分析其應(yīng)力分布情況。
殘余應(yīng)力測試儀器介紹
試驗儀器采用南京聚航科技有限公司的JHMK多點殘余應(yīng)力測量系統(tǒng)，是由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成，多點測量效率高，實時顯示應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，實時錄屏錄像功能，自動實時生成應(yīng)力應(yīng)變釋放曲線，測量曲線和視頻回放功能，自動生成分布曲線和三維分布圖，一鍵生成測量報告。
試驗依據(jù)：《GBT?31310-2014?金屬材料 殘余應(yīng)力測定 鉆孔應(yīng)變法》
殘余應(yīng)力測試方案
測點位置選取：應(yīng)變測試點的選取原則應(yīng)遵循以下幾點：1.理論計算的高應(yīng)力區(qū)和實際發(fā)生開裂的部位；2.進一步優(yōu)化設(shè)計關(guān)注的部位。根據(jù)上述原則，在鋁合金壁板上共選取18個測點，全部采用三軸應(yīng)變花。
應(yīng)變片粘貼及連接：對各測點位置進行打磨清潔，粘貼應(yīng)變片和接線端子。
線纜連接：完成貼片后，將應(yīng)變片接入JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀主機，并查看數(shù)據(jù)。
鉆孔支架放置：確認數(shù)據(jù)穩(wěn)定正常后，將支架放置于測點位置，對好中心后調(diào)節(jié)鉆孔深度。
開始測量：測量前調(diào)零，待數(shù)值穩(wěn)定后開始記錄，然后鉆孔，鉆完孔后等待殘余應(yīng)力釋放完成，穩(wěn)定后停止數(shù)據(jù)采集。
測試結(jié)果及分析
所有測點一一測量完成后，在軟件中使用高級分析進行多點殘余應(yīng)力分析，然后一鍵導(dǎo)出報告。測量結(jié)果如下：
測點位置 | σmax (MPa) | σmin (MPa) | 角度θ(°) | σx(MPa) | σy(MPa) | σ-(MPa) |
A1 | -5.2 | -10.8 | -32.7 | -6.8 | -9.2 | 9.4 |
A2 | -15.5 | -32.0 | 82.6 | -31.7 | -15.7 | 27.7 |
A3 | 33.9 | 18.8 | -9.2 | 33.5 | 19.1 | 29.4 |
A4 | 10.3 | 7.0 | -66.8 | 7.5 | 9.8 | 9.1 |
A5 | 9.3 | -31.4 | 5.8 | 8.9 | -31.0 | 37.0 |
A6 | 51.5 | 19.3 | 21.3 | 47.3 | 23.5 | 45.1 |
A7 | -0.5 | -22.5 | 87.0 | -22.5 | -0.5 | 22.3 |
A8 | 8.9 | -6.8 | -33.7 | 4.1 | -1.9 | 13.7 |
A9 | 60.9 | 31.4 | -88.1 | 31.5 | 60.9 | 52.8 |
A10 | 84.4 | 15.1 | -8.9 | 82.8 | 16.8 | 78.0 |
A11 | 85.1 | 61.0 | 2.1 | 85.1 | 61.0 | 76.0 |
A12 | 50.9 | 31.9 | 3.8 | 50.8 | 32.0 | 44.6 |
A13 | 70.3 | 19.9 | 19.8 | 64.5 | 25.7 | 62.7 |
A14 | -16.8 | -19.2 | 13.3 | -16.9 | -19.1 | 18.1 |
A15 | -5.8 | -13.1 | 81.5 | -12.9 | -6.0 | 11.3 |
B1 | 36.7 | 13.5 | -15.7 | 35.0 | 15.2 | 32.1 |
B2 | 125.7 | 37.6 | -8.1 | 124.0 | 39.4 | 111.7 |
B3 | 128.4 | 26.5 | -4.9 | 127.6 | 27.2 | 117.4 |
從表上數(shù)據(jù)可以看出，18個測點中，B2、B3的殘余應(yīng)力值較大，分別為125.7MPa和128.4MPa，鋁合金的屈服強度是310MPa，殘余應(yīng)力的大小要超過屈服的1/3，因此這兩個測點需要重點關(guān)注，但整體的殘余應(yīng)力水平仍在安全范圍內(nèi)。
結(jié)論
從以上實驗可驗證，JHMK多點殘余應(yīng)力測量系統(tǒng)可用于航空鋁合金工件的殘余應(yīng)力測試，測試方法簡單，操作方便，軟件功能豐富，結(jié)果準確，以后可用于航空鋁合金工件安全受力分析。
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