材料检测分析

残余应力检测

残余应力检测

残余应力检测

残余应力是结构或材料在不受到外载、温度达到平衡条件下,其内部存在并自身保持平衡的应力,通常是由于材料在各种加工过程中受到不均匀的塑性变形、不均匀的温度变化,或者不均匀的相变而产生,对结构材料的疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命都有着十分重要的影响。针对残余应力的测量、表征、分析是材料加工领域的重要内容,残余应力实验室拥有多项高、精、尖的残余应力检测手段,包括X射线衍射法、钻孔法、轮廓法、中子衍射法、FIB-DIC等,不同的检测方法有不同的空间分辨率,适用于不同的测量深度。

微观结构表征

微观结构表征

微观结构表征

微观结构表征实验室可提供微纳米尺度的微观组织结构和力学性能表征,包括SEM、TEM、EBSD、FIB、TKD、AFM等先进组织结构表征技术和电镜高温条件下的原位力学、纳米力学等先进力学性能表征技术,为科研和工业领域材料开发与制造提供专业的技术测试服务及咨询服务。

力学性能测试与评价

力学性能测试与评价

力学性能测试与评价

力学性能测试与评价主要用于金属、非金属材料及其小型结构件在不同温度服役环境下的常规力学和疲劳性能研究。从常规测试到深度研发,东莞材料基因高等理工研究院拥有INSTRON动态疲劳系统、INSTRON热机械疲劳系统、万能试验机、低温示波冲击试验机、INSTRON单轴双向动态疲劳加载系统、SEM原位拉伸系统、微纳米压痕和划痕试验,以及显微组织和形貌观察设备等,其配套装备处于国内领先水平,部分设备达到国际先进水平。

设备共享

设备共享

设备共享

轮廓法

| 方法原理


轮廓法具有理论简单,试验过程简洁,测试精度高等优点,已广泛应用于航空、航天、核电等工业结构件的应力测试。目前轮廓法测试残余应力是损伤测试方法中的研究热点,经过十余年的发展与完善,轮廓法已广泛的用于各类材料的残余应力测试,是目前测试精度最高的有损检测技术。轮廓法能够提供垂直于切割面的二维残余应力分布,适合测量试样外形尺寸复杂,应力梯度变化较大的试样。

轮廓法是将试样沿选定的目标平面切割开,释放残余应力使切割表面发生微变形,然后利用表面三维形貌测量设备获得切割面轮廓信息,进一步分析处理这些轮廓数据并结合有限元建模计算,最终获得切割平面法向方向的残余应力。

 

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| 应用领域


金属材料内部残余应力测量。适用领域广泛,最小样品尺寸为2厘米,最大样品尺寸可达1米。适用于复杂工程结构件。

 

| 技术优势


(1)内部全深度残余应力测量

(2)空间分辨率高

(3)测量精度高,误差±20MPa

(4)不受织构及大晶粒影响

 

| 仪器设备


 

 

慢走丝线切割机 Sodick AL600P

三坐标测量仪 Hexagon PMM-C

 

| 可做测试项目


样品内部三维残余应力测量

 

| 相关案例


 

3D打印模具钢轮廓法内部残余应力测量

齿轮构件轮廓法内部残余应力测量

 

 

| 常见问题


1、轮廓法测量残余应力的优势是什么?

答:(1)轮廓法可以得到目标平面的法向残余应力分布云图,而中子法、钻孔法、X射线衍射等测量技术都只能测量离散点的残余应力状态;

(2)轮廓法空间分辨率较高,可以达到几十甚至几个微米,其他常用方法如X射线衍射方法空间分辨率约为毫米级别;

(3)轮廓法测量残余应力的精度较高,可以达到±20MPa;

(4)轮廓法受被测试样微观组织结构的影响较小,如衍射法对于大晶粒或单晶材料等取向性较强试样的残余应力测量难度很大,而轮廓法可以轻松胜任;

(5)轮廓法测量不需要专门的硬件设备和软件系统,主要测量设备如慢走丝线切割、三坐标测量仪以及数据分析所需的有限元建模软件等,都是实验室常备的软硬件系统。

2、轮廓法测量残余应力主要应力于那些方面?

答:轮廓法对于被测试样的尺寸及厚度限制较小,可对从数毫米到数十厘米厚的结构零部件进行测量,并且适用于复杂结构的零部件测量,基本上涵盖了大部分的工业样件的测量需求。

3、轮廓法测量残余应力有那些方面的误差?

答:轮廓法切割过程中,切割面法向的应力释放使切割平面发生弹性形变,通过测量切割面轮廓变化并结合叠加原理计算能够获得切割面法向的残余应力分布。但在实际切割过程中,沿着切割面切向的残余应力也会释放并使切割轮廓发生变化。切割面法向与切向的等效应力释放分别为T_x=-σ_x n_x和T_y=-τ_xy n_x,其中n为切割面法向矢量。根据泊松效应,剪切残余应力T_y释放会影响切割面的轮廓变化,因此切割面的轮廓变化可分为由法向应力释放引起的对称性形变及由切向应力释放引起的非对称性形变。其中,由非对称性形变引起的误差可以通过对两个切割面的轮廓数据进行平均来消除,因此轮廓测量中横向位移数据的缺失不会引起测量误差。需要注意的是,通过数据的平均化可以消除非对称性误差,但是要求法向残余应力释放引起的切割面弹性形变满足对称假设

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