残余应力几乎存在于所有材料中,在工件的制造过程或服役期间都有可能产生残余应力。尤其对那些在交变载荷或腐蚀环境中服役的工件而言,如果在设计过程中没有考虑或核算残余应力,它将是导致材料失效的重要因素之一。残余应力也可能是有益的,例如喷丸所产生的压缩应力。钻孔应变法(下简称钻孔法)是一种测定残余应力的方法。
钻孔法用于测定各向同性线弹性材料近表面的残余应力。其步骤包括:在被测物休表面贴上应变花,随后在该应变花上钻孔﹐再测量被测物体表面所释放的应变。将所测得的应变代入一系列公式便可计算出已去除材料所在部位的残余应力。
钻孔法对被测工件所造成的破坏仅局限于一个较小的区域,对于较厚的材料而言,通常不会对其正常使用造成严重影响,称其为“半无损"测试。其他大多数机械性残余应力测试方法都会对被测工件造成严重破坏。由于钻孔法多少会对工件造成一定的破坏,该方法仅针对在工件上钻孔(或钻孔后经焊补修磨)并不严重影响其使用功能的情况下使用。
有两种不同的方法可以测定残余应力:
a）高速钻残余应力测量方法,即方法A。
因高速钻的加工应变很小,残余应力的测量可以完全依据柯西公式的有限元分析得到的应力标定常数进行计算。
b)低速钻残余应力测量方法,即方法B。
因低速钻的加工应变比较大,不能忽略,残余应力的测量要通过综合性的标定试验得到的应力标定常数来计算。
理论上,如果各向同性(等轴)残余应力超过材料屈服强度的50%,或任一方向上的切应力超过屈服强度的25%,钻孔周边可能因应力集中而发生局部屈服。但实践中有可靠的数据表明,残余应力不超过材料屈服强度的60%时本标准仍可采用(此限制仅针对采用非试验标定的应力标定常数确定方法,如方法A中的确定方法。如果测量的残余应力高达材料屈服点,如焊缝应力,此时需要一套特殊的试验标定技术,如方法B中的标定方法）2。
