盲孔法中释放系数的数值计算方法

JournalofMechanicalStrength

2008,30(1):033-036

盲孔法中释放系数的数值计算方法

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NUMERICALMETHODFORCALCULATIONOFRELEASE

COEFFICIENTSINBLINDHOLEMETHOD

**刘一华

贝晖 詹春晓 李 昊 贺斌

(合肥工业大学土木建筑工程学院,合肥230009)LIUYiHua HeYunHui ZHANChunXiao LIHao

(SchoolofCivilEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)

摘要 盲孔法测量残余应力时,钻孔会在盲孔附近产生加工硬化。由于硬度与弹性模量的平方有关,在进行释放系数A、B的数值计算时,通过增大盲孔周围材料的弹性模量来反映该加工硬化。应用有限元软件ANSYS,对304不锈钢的释放系数A、B进行三维有限元数值计算,得到释放系数随加工硬化程度增大而增大的变化规律,同时给出考虑加工硬化后释放系数随盲孔深度的变化规律。通过与实验测定结果的比较,发现在对304不锈钢进行释放系数的有限元数值计算时,当取盲孔附近的加工硬化层为0.2mm厚、弹性模量增大37%时,有限元的数值计算值与实验测定值最接近,释放系数A、B的数值计算误差分别为-1.8%和2.4%。

关键词 盲孔法 释放系数 有限元法 数值计算 加工硬化 弹性模量中图分类号 O348.2

Abstract Work-hardeningneartheblindholeiscausedbyholedrillingwhenresidualstressesaremeasuredbytheblindholemethod.Ashardeningisrelatedtothesquareofelasticmodulus,thework-hardeningisconsideredbyincreasingtheelasticmodulusofthematerialneartheholewhenreleasecoefficientsAandBarenumericallyanalyzed.ThereleasecoefficientsAandBofstainlesssteel304arenumericallycalculatedbythethreedimensionalfiniteelementmethodprogramANSYS.Therelationshipthatthereleasecoeffi-cientsAandBareincreasingwiththeincreasingofdegreeofwork-hardeningisobtained.Meanwhile,paringthecalculatingresultstotheexperimentalones,itcanbefoundthatthecalculatingvaluesisproximaltotheexperimentaloneswhilethethicknessofwork-hardeninglayeris0.2mmandtheelasticmodulusis37%higherthantheoriginalone.Onthiscondition,thecalculatingerrorsofthereleasecoefficientsAandBareonly-1.8%and2.4%,respectively.

Keywords Blindholemethod;Releasecoefficient;Finiteelementmethod;Numericalcalculation;Work-hardening;Elasticmodulus

Correspondingauthor:LIUYiHua,E-mail:liuyihua@,Tel:+86-551-2902547;Fax:+86-551-2902066TheprojectsupportedbytheNaturalScienceKeyFoundationofEducationDepartmentofAnhuiProvince(No.2003kj045zd),andtheResearchProgramforYoungTeachersofHigherEducationofAnhuiProvince(No.2006jgl005)andtheResearchFoundationofHefeiUniversityofTechnology(No.060803F).

Manuscriptreceived20060406,inrevisedform20060717.

1 引言

盲孔法是由德国学者Mathar

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[1]

中得到广范应用。

于1934年提出的,

在用盲孔法测量残余应力时,确定释放系数A、

B致关重要,它直接影响残余应力的测量精度。释放系数A、B通常采用实验测定

[7-8]

[5-6]

后经Soete和Vancombrugge等学者发展起来的一种测量残余应力的半无损方法,它具有对工件损伤小、不影响工件的性能、简单易行、测量精度高等特点。为此,

1981年美国材料试验协会将其制定为ASTM标准E837)81,1992年我国船舶工业总公司也将其制定为我国船舶行业标准CB3395)92,使盲孔法在工程

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[3]

,因实验测定颇费人

力物力,有人提出基于通孔理论的近似计算公式;为提高确定释放系数的精度和效率,近年有

[9]632-636

人提出数值计算方法。由于在用实验方法测定释放系数时需要钻孔,钻孔后会在孔边附近产生加工硬化

[10]139

,从而降低应变的释放。为了

真实模拟释

*20060406收到初稿,20060717收到修改稿。安徽省教育厅自然科学重点科研计划项目(2003kj045zd)、安徽省高校青年教师科研资助计划项目

(2006jgl005)和合肥工业大学科研发展基金(060803F)资助。

**刘一华,男,1959年8月生,湖南桃源人,汉族。合肥工业大学土木建筑工程学院教授,博士生导师,博士。研究方向为残余应力和断裂力学