0 序 言

由于焊接殘余應(yīng)力的重要性，尋找一種方便、準(zhǔn)確的測量方法一直是科研和工程界追求的目標(biāo).近年來興起的壓痕應(yīng)變法是根據(jù)壓痕誘導(dǎo)獲得的應(yīng)變變量信息(稱為應(yīng)變增量)，通過分析推導(dǎo)，利用胡克定律而獲得構(gòu)件殘余應(yīng)力的一種幾乎無損的應(yīng)力測試方法. 從破壞角度出發(fā)，它優(yōu)于世界通用的鉆孔應(yīng)變法和全釋放應(yīng)變法，測試后僅留下大約0.2 mm的微小壓痕，基本不會影響構(gòu)件的表面狀態(tài)，亦不會產(chǎn)生應(yīng)力集中. 而從測試的準(zhǔn)確性出發(fā)，它本身只是壓痕引起的應(yīng)變變化，是一個宏觀的不依賴于材料微觀組織的變化量，只與構(gòu)件中的應(yīng)力水平有關(guān)，所以準(zhǔn)確度只和測試者的水平和應(yīng)力測量系數(shù)的標(biāo)定結(jié)果有關(guān)[1].

壓痕應(yīng)變法由陳亮山等人[2]率先提出，經(jīng)過研究發(fā)展[3-6]，迅速在科研和工程中得到應(yīng)用. 其理論基礎(chǔ)可以歸結(jié)為兩條基本規(guī)律.(1)在相同的殘余應(yīng)力場中，主應(yīng)力方向上距壓痕中心固定距離處產(chǎn)生的應(yīng)變增量與球形壓痕直徑成正比. (2)相同尺寸的壓痕直徑，在主應(yīng)力方向上產(chǎn)生的應(yīng)變增量與殘余主應(yīng)變成正比. 依據(jù)第2條規(guī)律，在施加不同應(yīng)力水平的標(biāo)定試板上，通過粘貼應(yīng)變片和制造相同大小的壓痕，就可以獲得應(yīng)變增量和彈性應(yīng)變的對應(yīng)關(guān)系，即壓痕應(yīng)變法標(biāo)定曲線. 通過該標(biāo)定曲線獲得的應(yīng)力計算常數(shù)，用于測試該類型材料構(gòu)件中的殘余應(yīng)力. 所以，標(biāo)定曲線也就是應(yīng)力計算常數(shù)的獲得是壓痕應(yīng)變法測試殘余應(yīng)力準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵因素.

目前，標(biāo)定曲線的獲得主要通過試驗標(biāo)定的方法. 所用的標(biāo)定試板須要無應(yīng)力狀態(tài)，即標(biāo)定前要對試板進(jìn)行消除應(yīng)力處理，試板的應(yīng)力狀態(tài)直接影響標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性. 同時，為滿足加載條件，試板尺寸也有相應(yīng)要求，對于無法提供符合條件的標(biāo)定試板，標(biāo)定試驗無法完成. 文獻(xiàn)[7-10]曾采用模擬計算的方法對某種特定材料的標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行過研究，獲得了一些成果. 但是，鑒于模型的局限性，有關(guān)結(jié)論還不能用于其它類型的材料. 文中在以上研究工作的基礎(chǔ)上，建立了可以準(zhǔn)確獲得大部分金屬材料標(biāo)定曲線的通用模型，并與試驗結(jié)果進(jìn)行了比對分析.

1 有限元模型建立

模型的建立充分考慮了形成壓痕的尺寸效應(yīng)，良好的接觸狀態(tài)，準(zhǔn)確的壓痕形狀，較為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)算速度. 經(jīng)過反復(fù)試算，最終確定的模型大小為48 mm × 48 mm × 4 mm，壓痕周圍區(qū)域單元較為密集，最小單元尺寸為 0.04 mm × 0.03 mm × 0.004 mm.因為壓頭和試板均為對稱結(jié)構(gòu)，故可取1/4建立有限元標(biāo)定模型進(jìn)行計算，見圖1所示.

1.1 被測材料性能的確定

壓痕應(yīng)變法采用的是沖擊加載的壓入過程，所以數(shù)值模擬分析時壓痕塑性區(qū)應(yīng)采用相應(yīng)應(yīng)變速率下的材料壓縮曲線，即應(yīng)該考慮應(yīng)變速率對材料本構(gòu)模型的影響. 設(shè)備壓頭初始沖擊速度v約為3 m/s，假定壓入深度0.2 mm，產(chǎn)生的最大塑性應(yīng)變?yōu)?.02 ～ 0.2，壓入過程持續(xù) 0.1 ms[9]，則壓頭附近塑性區(qū)材料的最大應(yīng)變率為 1 × 102 ～ 1 × 103 s-1. 此應(yīng)變率下的大多數(shù)材料均會發(fā)生強(qiáng)化現(xiàn)象. 試驗表明，對于低合金鋼Q345和不銹鋼316L兩類典型材料，其準(zhǔn)靜態(tài)拉伸和壓縮曲線如圖2所示. 可以看出，Q345的性能曲線幾乎重合，但316L相差明顯.

在歷代儒家代表人物中，對人才的任用方法論述得最全面的要算宋代的王安石的用人觀，可以概括為“使之當(dāng)”，認(rèn)為用人揚(yáng)長避短，就會事半功倍。因此，對學(xué)校人力資源的管理要重視知人所長，充分發(fā)揮其特長，“當(dāng)其所能”，避人所短，或補(bǔ)人之短，使其互相配合，才能避免耽誤工作，誤人子弟，才有利于學(xué)校整體工作的順利開展。

圖1 有限元標(biāo)定模型
Fig.1 Finite element model for calibration

圖2 Q345 和 316L 的拉伸和壓縮曲線
Fig.2 Quasi-static tensile and compression curves of Q345 and 316L

對于每種材料而言，要想獲得中等應(yīng)變率下的真應(yīng)力-應(yīng)變壓縮曲線難度很大，即使采用準(zhǔn)靜態(tài)壓縮曲線也不如常規(guī)拉伸曲線容易得到. 實(shí)際上，除了奧氏體不銹鋼等少數(shù)斷裂延伸率較大、應(yīng)變硬化能力較強(qiáng)的材料，對于大多數(shù)延性金屬材料，拉伸和壓縮性能比較接近. 另一方面，為保證模擬得到的無應(yīng)力下的應(yīng)變增量與標(biāo)定值相符，壓入載荷需要根據(jù)不同材料進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，在此壓力調(diào)整過程中，至少已部分地將材料的壓縮動態(tài)響應(yīng)特性包含其中.

還要指出的是，由于壓痕應(yīng)變法針對的是材料彈性區(qū)的應(yīng)變響應(yīng)，所以材料的彈性性能非常重要. 傳統(tǒng)拉伸或壓縮獲得的條件屈服極限Rp0.2由于材料中殘留了0.2%的塑性應(yīng)變，可能對壓痕外彈性區(qū)的應(yīng)變分布產(chǎn)生一定影響. 理論上，對于沒有明顯屈服平臺的材料，如鋁合金、奧氏體不銹鋼等，采用彈性極限代替條件屈服極限Rp0.2將更為準(zhǔn)確.

1.2 球形壓頭壓入策略

在壓入過程的邊界條件設(shè)置中，文獻(xiàn)[8-9]對壓頭采用了位移控制，即假定壓頭的下壓深度不變，研究壓痕所致的各項結(jié)果. 文獻(xiàn)[10]則采用了動載方式，給壓頭賦予不變的初速度和能量，分析各項力學(xué)性能參數(shù)對壓痕結(jié)果的影響. 但這兩種方法由于模型缺陷導(dǎo)致獲得的結(jié)果并不能應(yīng)用于其它類型的材料. 文中采用力控制壓頭的加載方式，以各種材料無應(yīng)力狀態(tài)下試驗獲得的應(yīng)變增量為依據(jù)，動態(tài)確定不同材料模擬標(biāo)定時的壓頭載荷，最終計算出各種應(yīng)力水平下的應(yīng)變增量，獲得完整的應(yīng)力計算常數(shù)用標(biāo)定曲線.

2 計算結(jié)果與討論

2.1 模擬和試驗標(biāo)定結(jié)果對比

試驗標(biāo)定曲線的獲得采用三點(diǎn)彎曲方式加載，通過粘貼專用型號的應(yīng)變片，按照文獻(xiàn)[11]的要求，獲得各種應(yīng)力水平下的應(yīng)變增量. 三點(diǎn)彎曲加載是在一定條件下可接近單向拉伸或壓縮狀態(tài)并易于進(jìn)行試驗標(biāo)定的一種方式，在單向拉伸或壓縮加載難以實(shí)現(xiàn)的情況下，可以很好的滿足標(biāo)定試驗的要求[12]. 以下給出具有代表性的幾種材料試驗標(biāo)定和數(shù)值模擬結(jié)果，包括低碳鋼Q235，低合金鋼Q345，低合金高強(qiáng)鋼Q690，奧氏體不銹鋼316L，鋁合金7N01，結(jié)果如圖 3 ～ 圖 7 所示. 圖中縱坐標(biāo) Δε為應(yīng)變增量，橫坐標(biāo)εe為施加的彈性應(yīng)變.

絲黑穗?。翰デ胺N子處理，用藥劑處理種子是綜合防治中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。方法有拌種、浸種和種衣劑處理三種。藥劑防治必須選擇內(nèi)吸性強(qiáng)、殘效期長的農(nóng)藥，三唑類殺菌劑拌種防治玉米絲黑穗病效果較好，大面積防效可穩(wěn)定在60%～70%。

圖3 Q235 鋼的標(biāo)定曲線
Fig.3 Calibration curve of Q235

圖4 Q345 鋼的標(biāo)定曲線
Fig.4 Calibration curve of Q345

圖5 Q690 鋼的標(biāo)定曲線
Fig.5 Calibration curve of Q690

圖6 316L 不銹鋼的標(biāo)定曲線
Fig.6 Calibration curve of 316L

圖7 7N01 的標(biāo)定曲線
Fig.7 Calibration curve of 316L

從圖3 ～ 圖7中可以看出，根據(jù)模擬方法得出的決定應(yīng)力計算常數(shù)的應(yīng)變增量和彈性應(yīng)變的關(guān)系曲線和試驗標(biāo)定結(jié)果符合度很好，大部分?jǐn)?shù)據(jù)幾乎一致. 相反，由于試驗過程的重復(fù)性和穩(wěn)定性誤差，數(shù)據(jù)表現(xiàn)得較為分散. 一旦個別高應(yīng)力下的標(biāo)定值發(fā)生偏差，就可能給標(biāo)定數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果帶來較大誤差，從而影響應(yīng)力計算常數(shù)的準(zhǔn)確確定.

2.2 分析討論

從數(shù)值模擬和試驗標(biāo)定結(jié)果的對比分析可以發(fā)現(xiàn)，低碳鋼Q235、低合金鋼Q345和鋁合金7N01三種材料符合度最好，幾乎沒有差別. 低合金高強(qiáng)鋼Q690稍有分散，而奧氏體不銹鋼316L的主要偏差發(fā)生在彈性應(yīng)變接近拉伸屈服應(yīng)變附近.

分析表明，試驗標(biāo)定過程中，標(biāo)定數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差的因素主要有以下幾個方面. (1)標(biāo)定試板材料中是否存在殘余應(yīng)力，試驗要求標(biāo)定用試板應(yīng)該是無應(yīng)力狀態(tài)，但是即使是較高溫度、較長保溫時間下的退火處理，也很難獲得零值的均勻無應(yīng)力試板，所以試驗時一般認(rèn)為殘余應(yīng)力小于±50 MPa即可滿足標(biāo)定要求. (2)屈服極限問題，標(biāo)定時最大外加應(yīng)力不容許超過材料的屈服強(qiáng)度，一般設(shè)為其0.9倍. 但是，由于屈服強(qiáng)度精確值的確定比較困難，有時給出的是條件屈服極限，可能還要受到消除應(yīng)力退火軟化的影響，使得高應(yīng)力條件下標(biāo)定加載時材料表面有可能產(chǎn)生殘余塑性變形. (3)標(biāo)定過程的常規(guī)試驗誤差，包括試板表面處理，應(yīng)變片粘貼，壓痕打擊精度等.

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對于圖5來說，兩者相差的主要原因應(yīng)與材料中存在一定的殘余應(yīng)力有關(guān). Q690強(qiáng)度很高，(600 ～650 ℃) × 2 h的普通熱處理制度難以獲得完全無應(yīng)力的試板，若其中殘留一些應(yīng)力，就會出現(xiàn)圖5中的分布規(guī)律. 至于圖6中高拉伸應(yīng)變下試驗和模擬出現(xiàn)偏差較大的情況，最大可能在于此時標(biāo)定材料加載時進(jìn)入了表面屈服(可能原因或因彈性極限較低，或因疊加了部分熱處理后的殘余拉應(yīng)力)，導(dǎo)致進(jìn)入塑性狀態(tài)的材料應(yīng)變增量不再隨施加的彈性應(yīng)變增大而出現(xiàn)規(guī)律性增加的結(jié)果.

3 結(jié) 論

(1) 以不同材料無應(yīng)力狀態(tài)下獲得的應(yīng)變增量試驗數(shù)值為依據(jù)，基于傳統(tǒng)拉伸性能曲線，動態(tài)確定壓入載荷大小，以此獲得壓痕應(yīng)變法應(yīng)力計算常數(shù). 數(shù)值模擬結(jié)果與試驗標(biāo)定結(jié)果相比，規(guī)律完全一致，數(shù)據(jù)符合程度很高，證明了模型的合理性和實(shí)用性.

(2) 影響應(yīng)力計算常數(shù)試驗標(biāo)定精度的因素很多，控制不當(dāng)往往會造成數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大分散，影響結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性. 采用合理的有限元數(shù)值模擬技術(shù)，可以完全避免上述缺陷.

1.把好語音關(guān)。學(xué)生聽不懂，很大一部分歸結(jié)于讀不準(zhǔn)，沒有正確的輸入，自然沒有有效輸出。高一開學(xué)伊始，我就讓學(xué)生重學(xué)48個音標(biāo)，并強(qiáng)化自然拼讀的學(xué)習(xí)，系統(tǒng)地學(xué)習(xí)語音變化的一些現(xiàn)象，如：連讀、弱讀、失去爆破、同化等。我將這些語音現(xiàn)象拆分成一個個小的知識點(diǎn)，每節(jié)課上課之前學(xué)一個知識點(diǎn)，這樣既不耽誤課程，也不會使學(xué)生一下子接受太多產(chǎn)生排斥心理。強(qiáng)化音標(biāo)學(xué)習(xí)的同時讓學(xué)生自己拼讀每單元的新單詞并在全班帶讀，這樣學(xué)生會自己加強(qiáng)語音方面的學(xué)習(xí)，為后面的聽力練習(xí)做好準(zhǔn)備。

(3) 和試驗相比，某些材料的模擬數(shù)值出現(xiàn)少許偏離，主要原因來自于試驗標(biāo)定過程，可能與材料表面存在殘余應(yīng)力或標(biāo)定過程中彈性極限控制不當(dāng)有關(guān).

參考文獻(xiàn)：

[1]陳懷寧, 胡凱雄, 吳昌忠. 壓痕應(yīng)變法測量殘余應(yīng)力的不確定度分析[J]. 中國測試, 2010, 36(1): 24 - 27.

Chen Huaining, Hu Kaixiong, Wu Changzhong. Uncertainty evaluation in measuring residual stress by indentation strain method[J]. China Measurement & Test, 2010, 36(1): 24 - 27.

[2]陳亮山, 董秀中, 潘 興. 沖擊壓痕測定殘余應(yīng)力研究[C]//第七次全國焊接學(xué)術(shù)會議論文集. 哈爾濱: 中國焊接學(xué)會, 1993:21-24.

[3]林麗華, 陳立功, 顧明元. 球面壓痕測殘余應(yīng)力試驗方法研究[J]. 機(jī)械強(qiáng)度, 1998, 20(4): 303 - 307.

Lin Lihua, Chen Ligong, Gu Mingyuan. A new method for determining residual stress-a spherical indenter pressed on the structure surface and added a additional stress field[J]. Journal of Mechanical Strength, 1998, 20(4): 303 - 307.

[4]Hirakazu YOKOTA, Tadashi OHTUKA, Tomohiko MOTOKIETC. Study of nondestructive simplicity residual presupposition method (2) [J] // 溶接學(xué)會全國大會講演概要, 1995(57): 188-189.

[5]陳懷寧, 林泉洪, 陳 靜, 等. 沖擊壓痕法測量殘余應(yīng)力中的塑性區(qū)問題[J]. 焊接學(xué)報, 2001, 22(5): 21 - 23.

Chen Huaining, Lin Quanhong, Chen Jing, et al. On plastic zone around and indentation during stress determination by impact indentation method[J]. Transaction of the China Welding Institution, 2001, 22(5): 21 - 23.

[6]王慶光, 林泉洪. 沖擊壓痕法在殘余應(yīng)力測定中的應(yīng)用[J]. 理化檢驗－物理分冊, 2008, 44(3): 129 - 131.

Wang Qingguang, Lin Quanhong. Application in residual stress measurement by impact indentation method[J]. PTCA (Part: A PHYS. TEST), 2008, 44(3): 129 - 131.

[7]孫 淵, 王慶明, 夏風(fēng)芳, 等. 殘余應(yīng)力測量法中壓痕標(biāo)定實(shí)驗的分析[J]. 機(jī)械制造, 2006, 44(504): 70 - 72.

Sun Yuan, Wang Qingming, Xia Fengfang, et al. Analysis of indentation calibration experiment in residual stress measurement[J].Machinery, 2006, 44(504): 70 - 72.

[8]曲鵬程. 屈服強(qiáng)度對壓痕應(yīng)變法測量殘余應(yīng)力的影響[D]. 沈陽:中國科學(xué)院金屬研究所, 2006.

[9]孟憲陸. 不同應(yīng)力場中壓痕應(yīng)變法的數(shù)值模擬[D]. 沈陽: 中國科學(xué)院金屬研究所, 2007.

[10]劉 生. 材料性能和方向性對壓痕應(yīng)變法測量殘余應(yīng)力的影響[D]. 沈陽: 中國科學(xué)院金屬研究所, 2013.

[11]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. 金屬材料 殘余應(yīng)力測定 壓痕應(yīng)變法: GB/T 24179-2009[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2009.

[12]陳 靜, 黃春玲, 陳懷寧. 三點(diǎn)彎曲標(biāo)定實(shí)驗中雙向主應(yīng)變之間的關(guān)系[J]. 兵器材料科學(xué)與工程, 2008, 31(6): 37 - 40.

Chen Jing, Huang Chunling, Chen Huaining. Relationship between the two principle strains in the three-point bending calibration experiment[J]. Ordnance Material Science and Engineering,2008, 31(6): 37 - 40.