隨著鋁合金在航空航天領域的廣泛應用，焊接鋁合金的需求也越來越大。然而，焊接過程中產生的殘余應力是一個不容忽視的問題。殘余應力是指焊接完成后，材料內部產生的應力，它是由于焊接熱循環(huán)產生的溫度變化和材料本身的熱膨脹系數不匹配引起的，這種應力如果如不及時處理，將對鋁合金構件的性能產生不良影響，甚至危機安全。因此，航空鋁合金工件內部殘余應力的測試和分析成為了不可或缺的重要工作。
目前，殘余應力測試方法主要由盲孔法、環(huán)芯法、磁測法、x射線。盲孔法因其操作簡單、適用范圍廣、測量結果準確等優(yōu)點，在航空航天行業(yè)廣泛應用。本文主要是采用盲孔法對航空鋁合金壁板進行殘余應力測試，分析其應力分布情況。
殘余應力測試儀器介紹
試驗儀器采用南京聚航科技有限公司的JHMK多點殘余應力測量系統(tǒng)，是由JHYC靜態(tài)應變儀和JHZK鉆孔裝置組成，多點測量效率高，實時顯示應力應變數值，實時錄屏錄像功能，自動實時生成應力應變釋放曲線，測量曲線和視頻回放功能，自動生成分布曲線和三維分布圖，一鍵生成測量報告。
試驗依據：《GBT?31310-2014?金屬材料 殘余應力測定 鉆孔應變法》
殘余應力測試方案
測點位置選取：應變測試點的選取原則應遵循以下幾點：1.理論計算的高應力區(qū)和實際發(fā)生開裂的部位；2.進一步優(yōu)化設計關注的部位。根據上述原則，在鋁合金壁板上共選取18個測點，全部采用三軸應變花。
應變片粘貼及連接：對各測點位置進行打磨清潔，粘貼應變片和接線端子。
線纜連接：完成貼片后，將應變片接入JHYC靜態(tài)應變儀主機，并查看數據。
鉆孔支架放置：確認數據穩(wěn)定正常后，將支架放置于測點位置，對好中心后調節(jié)鉆孔深度。
開始測量：測量前調零，待數值穩(wěn)定后開始記錄，然后鉆孔，鉆完孔后等待殘余應力釋放完成，穩(wěn)定后停止數據采集。
測試結果及分析
所有測點一一測量完成后，在軟件中使用高級分析進行多點殘余應力分析，然后一鍵導出報告。測量結果如下：
|
測點位置 |
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 |
從表上數據可以看出，18個測點中，B2、B3的殘余應力值較大，分別為125.7MPa和128.4MPa，鋁合金的屈服強度是310MPa，殘余應力的大小要超過屈服的1/3，因此這兩個測點需要重點關注，但整體的殘余應力水平仍在安全范圍內。
結論
從以上實驗可驗證，JHMK多點殘余應力測量系統(tǒng)可用于航空鋁合金工件的殘余應力測試，測試方法簡單，操作方便，軟件功能豐富，結果準確，以后可用于航空鋁合金工件安全受力分析。