基于盲孔法的复合材料板材的残余应力分布测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111855057A(43)申请公布日2020.10.30(21)申请号202010731379.9(22)申请日2020.07.27(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人刘学术张博添(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人温福雪侯明远(51)Int.Cl.G01L5/00(2006.01)G01N19/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图4页(54)发明名称基于盲孔法的复合材料板材的残余应力分布测量方法(57)摘要本发明属于复合材料残余应力测量领域，提供了一种基于盲孔法的复合材料板材的残余应力分布测量方法。该方法首先针对待测复合材料板材确定测量位置和测量方向，并在相应的位置粘贴若干个应变片。使用数控钻孔机在板材粘贴应变片的位置的背面进行步进钻孔，以固定的步进量对板材进行多次钻孔，钻孔的深度随测量的目的而定，钻孔完成后可获取各个盲孔位置处的各应变片所测得的随钻孔深度变化的应变值。接着利用有限元模型求得所有应变片位置处的应力分布。最后可以通过改变应变片粘贴方向和盲孔的位置对其他方向和位置进行相应的测量。CN111855057ACN111855057A权利要求书1/2页1.一种基于盲孔法的复合材料板材的残余应力分布测量方法，其特征在于，步骤如下：第一步：对复合材料板材进行增量步进钻孔试验，获取试验数据(1)确定复合材料板材的测量位置和方向：将复合材料板材按轴对称划分为两个部分，作为待测区域；在两侧对称区域需要测量的位置均匀分布一定数量的盲孔，相互对称的盲孔分别采取不同测量方向的应变片粘贴方式；(2)将应变片与静态应变测试仪用数据线相连，将静态应变测试仪与计算机相连，利用计算机实时记录数据；(3)用数控钻孔机夹具将被测的复合材料板材的端部夹紧，确保步进钻孔试验过程中应变片的数值变化均来自步进钻孔试验导致的残余应力重新分布而带来的复合材料板材变形；用数控钻孔机在复合材料板材上粘贴应变片的位置的背面进行步进钻孔，钻头圆心与应变片的中心重合，以固定的步进深度对复合材料板材进行多次步进钻孔，钻孔的深度根据测量的目的确定；(4)钻孔完成后获得随钻孔深度变化的应变值，对复合材料板材的其他待测区域用上述方法依次进行步进钻孔试验，获取其他位置处的各应变片处随钻孔深度变化的应变值，用公式表示为：ε(ai)＝εi(1)其中，ai为第i次的钻孔深度，i为钻孔的次数，i＝1,2.....,n，ε(ai)表示钻孔深度为ai时测得的应变值，εi表示第i次钻孔的应变值；第二步：对实验数据进行处理，获取随钻孔深度变化的残余应力值建立尺寸和边界条件与被测复合材料板材相同的有限元模型，将勒让德多项式作为预应力施加到有限元模型中，模拟实际的钻孔过程，具体如下：(1)Cij表示当钻孔深度为ai、应力在深度方向上的函数为勒让德多项式pj(x)时，通过有限元方法计算所得的应变值，具体公式表达如下：Cij＝ε(a＝ai,σinitial(x)＝Pj(x))(2)其中，a为钻孔深度，x表示各钻孔深度数值，σinitial(x)为沿钻孔深度方向处的预应力函数表达式，pj(x)为各阶勒让德多项式在深度方向上的应力函数表达式；(2)求解各阶勒让德多项式的拟合系数Aj，公式为：{A}为Aj组成的列向量，用公式表示为：利用最小二乘法，{A}表示为：T-1T{A}＝([C][C])[C]{εmeas}(5)其中，j是勒让德多项式的阶数，j＝2,3...,m；{εmeas}是由测得的应变值形成的列向量，用公式表达为：2CN111855057A权利要求书2/2页[C]是由各应变值Cij组合形成的矩阵，用公式表示为：(3)通过勒让德多项式拟合随钻孔深度变化的残余应力σ(x)，即求出一个应变片处的随钻孔深度变化的残余应力分布，σ(x)表达公式为：第三步，利用第二步中的方法测量复合材料板材不同的待测区域中的所有应变片位置处的应力分布，最终通过对称性获取整个复合材料板材的残余应力分布。2.根据权利要求1所述的基于盲孔法的复合材料板材的残余应力分布测量方法，其特征在于，第一步的(3)中的钻孔的深超过复合材料板材厚度的一半。3.根据权利要求1或2所述的基于盲孔法的复合材料板材的残余应力分布测量方法，其特征在于，盲孔的数量依据复合材料板材的尺寸选定；在各个待测区域的盲孔背面打磨清洗，保证表面光滑无杂质后，在盲孔背面圆心位置粘贴应变片，每个盲孔对应位置的应变片与所要测量的残余应力方向相同。4.根据权利要求1或2所述的基于盲孔法的复合材料板材的残余应力分布测量方法，其特征在于，通过改变应变片粘贴的方向和盲孔位置对其他位置和方向进行相应的测量。5.根据权利要求3