剥层法测量残余应力案例分析

剥层法属于机械释放法，多用于金属材料内部的残余应力测量，此方法测量时需将被测点周围的金属材料完全切割下来，使得残余应力在每层切割后得到释放并使材料产生变形，用应变片测出微应变，再利用力学公式算出残余应力。

为了了解金属材料的残余应力对加工过程产生的影响，须对材料内部残余应力的大小和分布状况进行测量。因此我们需要研究其内部的残余应力分布规律。本文使用剥层法对LD10锻造铝合金材料内部的残余应力分布进行了试验研究。这种方法应变释放率高，测量结果比较准确，并且可以测量出残余应力沿深度方向的变化。

残余应力测量原理

如果构件的残余应力为单向应力状态，在需要测量处沿着残余应力方向粘贴应变片，切除一层材料后，测出此点应变，然后用胡克定律计算出相应方向的残余应力为：

σ=Eε  （1）

如果试件不是单向应力状态，需要测定试件X、Y两个方向的残余应力时，那么沿X和Y两个方向粘贴应变片，切割工件后，测出两个方向的应变εx和εy，然后按下式计算出残余应力的大小和方向。

     （2）

本试验在每个测量点的X和Y两个方向都粘贴应变片，每层切削完应变片周围的材料，记录下本层测量点处两个方向的应变ε_x，ε_y，换算出残余应力σ_x和σ_y。然后再重新粘贴应变片测量下一场数据，每层测量间隔4mm，直至测量深度达到试件中面。根据锻造的工艺条件，测量之前做出如下假设：假定残余应力在平行于中性面的任一平面内分布不均匀，并且随厚度变化，但是其分布规律沿中性面对称分布，因此在试验中，需要切除一半深度的材料，由对称性即可获得整个的残余应力分布规律。

试验材料及所需仪器

材料选用自由锻造成形的LD10铝合金锻件，是一种高强度铝合金，从锻件中切取240mm*200mm*120mm的试件。

本试验在XK7132数控铣床上进行，该数控铣床主轴的*高转速为3000r/min，功率为2.2KW，*大进给速度为4m/min。切削参数：主轴转速v=2000r/min，进给速度为f=200mm/min，轴向切深为2mn，径向切深为6mm。为测量LD10锻造铝合金试件在试验当中的微应变，采用JHYC静态应变仪，电阻应变片采用单周箔式应变片。

试验结果

1. 采用剥层法可以对锻造铝合金LD10试件进行较为的残余应力测量，不仅可以得到试件表层残余应力的大小，而且还能获得其沿深度方向的变化。

2. 锻造铝合金LD10中*大残余压应力出现在试件边缘的表层这类金属流动*快的区域，而*大残余应力则出现在试件腰部中间一些金属流动缓慢的区域。

3. 锻造铝合金内部残余应力其分布规律和部位有关，*心处和边缘处残余应力分布规律相反，*心处残余应力变化曲线呈M型，越靠近边缘曲线形状越相似与W型。