航空铝合金壁板残余应力测试试验
时间：2024-08-09 阅读：62
随着铝合金在航空航天领域的广泛应用，焊接铝合金的需求也越来越大。然而，焊接过程中产生的残余应力是一个不容忽视的问题。残余应力是指焊接完成后，材料内部产生的应力，它是由于焊接热循环产生的温度变化和材料本身的热膨胀系数不匹配引起的，这种应力如果如不及时处理，将对铝合金构件的性能产生不良影响，甚至危机安全。因此，航空铝合金工件内部残余应力的测试和分析成为了重要工作。
目前，残余应力测试方法主要由盲孔法、环芯法、磁测法、x射线。盲孔法因其操作简单、适用范围广、测量结果准确等优点，在航空航天行业广泛应用。本文主要是采用盲孔法对航空铝合金壁板进行残余应力测试，分析其应力分布情况。
残余应力测试仪器介绍
试验仪器采用南京聚航科技有限公司的JHMK多点残余应力测量系统，是由JHYC静态应变仪和JHZK钻孔装置组成，多点测量效率高，实时显示应力应变数值，实时录屏录像功能，自动实时生成应力应变释放曲线，测量曲线和视频回放功能，自动生成分布曲线和三维分布图，一键生成测量报告。
试验依据：《GBT 31310-2014 金属材料 残余应力测定 钻孔应变法》
残余应力测试方案
测点位置选取：应变测试点的选取原则应遵循以下几点：1.理论计算的高应力区和实际发生开裂的部位；2.进一步优化设计关注的部位。根据上述原则，在铝合金壁板上共选取18个测点，全部采用三轴应变花。
应变片粘贴及连接：对各测点位置进行打磨清洁，粘贴应变片和接线端子。
线缆连接：完成贴片后，将应变片接入JHYC静态应变仪主机，并查看数据。
钻孔支架放置：确认数据稳定正常后，将支架放置于测点位置，对好中心后调节钻孔深度。
开始测量：测量前调零，待数值稳定后开始记录，然后钻孔，钻完孔后等待残余应力释放完成，稳定后停止数据采集。
测试结果及分析
所有测点一一测量完成后，在软件中使用高级分析进行多点残余应力分析，然后一键导出报告。测量结果如下：
测点位置 | 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 |
从表上数据可以看出，18个测点中，B2、B3的残余应力值较大，分别为125.7MPa和128.4MPa，铝合金的屈服强度是310MPa，残余应力的大小要超过屈服的1/3，因此这两个测点需要重点关注，但整体的残余应力水平仍在安全范围内。
结论
从以上实验可验证，JHMK多点残余应力测量系统可用于航空铝合金工件的残余应力测试，测试方法简单，操作方便，软件功能丰富，结果准确，以后可用于航空铝合金工件安全受力分析。