残余应力测试仪的研制.pdf
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1、5 2 焊接质量控制与管理 焊接技术 第 3 3卷第 6期 2 0 0 4年 1 2月 文章编号 : 1 0 0 2 - 0 2 5 X ( 2 0 0 4 ) 0 6 - 0 0 5 2 一 o 3 残 余 应 力 测 试 仪 的 研 制 孟晓霞 ,丁成钢 ,赵晓辉 ( 1 大连交通大学 材料科学与工程学院,辽宁 大连 1 1 6 0 2 8 ;2 大连重工 起重集团有限公司 ,辽宁 大连 1 1 6 0 2 2 ) 摘要:针对 目前国内钻孔法测残余应力需由专业人 员使用静态应 变仪现场测得应变值编程计算获得残余应力,非专业工程技术人员往 往不能测量残余应力问题,研 制了集残余应变测试、计算
2、、显示、打印于一体的残余应力测试仪。简要介绍 了研制的残余应力测试仪 的硬件电路、用汇编语言编辑的残余应力计算程序、残余应力测试仪控制软件。通过调试证明,研 制的残余应力测试仪运行稳定,其 测 量误 差小 于4 I4 。非 专业 的工程技 术人 员可 以方便 使 用它进行 残余 应力测 量。 关键词:残余应力;钻孔法;单片机 中图分类号:T G 4 0 4 文献标识码:B 大型钢结构 的失效经常会对人们 的生命安全与财产造成 极大损失 ,而残余应力又是影响钢结构失效的主要 因素 。因 此,测定残余应力的大小与分布进而采取处理措施对钢结构 的安全运行是至关重要的 ,并可为工程技术人员制定正确 的
3、 工艺 、保证合格的产品质量提供重要依据 。目前用于钢结构 件残余应力的测试方法为钻孔法 ,其过程为通过钻孔设备和 静态应变仪在现场测取应变数据 ,利用计算机编程计算获得 残余应力大小及分布。这就需测量人 员具有较深专业知识才 能完成。因此开发研制集残余应变测试 、计算 、存贮 和打印 于一体的便携式应力测试仪,使非专业的工程技术人员可 以 方便使用它进行测量残余应力。 1 残余应 力测试 仪 的硬件 电路 残余应力测试仪硬件框图如图1 【1 1 。 围1 残余 应力 试 仪硬 件框 图 图中微处理 器 由8 0 C 1 9 6 单 片机 芯 片、外挂 程序存贮 器 R 0 M、数据存贮器R
4、AM及其它元件组成 ,负责残余应力测试 仪的控制及残余应力 的计算。按键数码显示由8 2 7 9 芯片、数 码管 、按键及其它相应元件组成 ,完成计算残余应力需要 的 常数预置及显示各种需要数据 。应变数据采集部分由直流应 变电桥 、振荡 电路 、放大电路、滤波电路 、相敏检波电路 、 A D 5 7 4 模数转换器等组成 ,完成应变数 的转换 。功能选择控 制部分 由拨动开关及按键等组成 ,主要完成预置计算残余应 力所需的常数、测量应变花上应变片的应变值( ,8 2 ,8 3 ) 、 计算残余应力并将结果打印出来3 步操作过程的转换工作。打 收稿日期:2 0 0 4 - 0 4 - 2 1
5、;修回日期 :2 0 0 4 - 0 9 - 1 7 印机为T P - - 4 0 A P 微型打印机 ,主要打印测量计算得到的残余 应力值。 2 汇编语言编辑的残余应力计算程序及计算精度 2 1 钻孔法残余应力测试原理口 在0 。 ,4 5 。 ,9 0 。 方 向3 个应 变片交 点O 处钻 一盲 孔 ,测得 , ,岛 3 个 应变值 ,根 据克希公 式反算 出 ,o z ,卢 。当 0 4 8 o 时产生塑性变形就进行修正计算。 2 2 汇编语言编辑残余应力计算程序 残余应力计算过程较复杂 ,计算中用到加 、减、乘、除 、 开方、余弦及反 正切函数等 ,且测得应变值有正 、有负,故 定点
6、数是无法计算 的,必须采用浮点数进行计算 。用汇编语 言编辑的残余应力计算程序流程图如图2 。 2 I 3 汇编语言编辑的残余应力计算程序的计算精度 汇编语言编辑 的残余应力计算程序计算结果见表1 。为了 分析计算结果的精确性 ,还把同样残余应变数用B A S I C 语言编 辑 的计算程序在4 8 6 微机上进行计算 ,计算结果见表2 。被测 钢 材为 1 6 Mn ,o ; = 3 4 5 MP a 。由表 1 、表2 对 照可 看 出 : 第7 组至第 l l 组 ( 共5 组) ,由于应变数 ,8 2 , 较小 ,都 在2 0 0 以内,计算出的残余应力 , 都小于1 0 0 MP a
7、 ,e P fl , 于 3 4 5 MP a x 0 4 8 = 1 6 5 6 MP a ,认为没有产生塑性变形 ,程序判断 后就 自动不进行修正 ,故这5 组两种算法结果 , 都一样 , 无 误差 。 第1 组至第6 组 ( 共6 组) ,由于应变数 ,8 2 ,岛数较大,算 出的残余应力 大于1 6 5 6 MP a ,认为产生塑性变形,程序判断 自动进行修正1 0 次计算 ,产生一定 的累计误差 。当 数值大时 处于高应力状态 ,且高应力状态是应力分析着重考虑的区域 , 其平均相对误差 0 2 3 。( r 2 数值小时处于低应力状态,平均相 对误差 3 0 ,这与其基础应力较低有关
8、。就其绝对应力来看 , 最大计算误差仅为1 6 5 MP a 。由此可以认为采用本汇编语言编 写的计算残余应力程序能有效满足残余应力分析的要求。 维普资讯 http:/ We l d i n g T e c h n o l o g y V o 1 3 3 N o 6 D e c 2 0 0 4 焊 接质 量控 制与管 理 5 3 图2 残余应力计算程序漉程图 表1 汇编语育编辑的程序计算残余应力计算结果 N 8 l( l O l l O 口 ( 。 ) MP a o V MP a o VM P a M P a l - 3 9 7 4 2l 6 6 l 3 8 4 9 2 6 87 - 2 2
9、2 6 2 45 2 0 2 9 7 2 0 8 8 7 2 -4 3 4 3 0 5 4 6 2 - 3 3 o4 5 6 3 1 3 I 6 5 2 - 1 7 4 8 7 9 l 1 9 3 2 97 6 7 5 3 2 9 4 6 7 8 4 3 9 9 8 - 2 8 8 8 9 8 3 1 4 5 2 92 l 8 2 2 7 4 8 3 54 5 2 9 - 3 1 7 2 6 l 3 5 2 2 6 2 8 7 5 l 5 2 8 7 l 5 6 6 3 4 9 1 9 6 5 8 4 4 - 4 8 2 41 7 3 0 5 2 4 0 - 3 3 1 9 7 - I 5 一
10、l o 9 2 1 0 1 6 2 8 9 9 9 6 6 3 7 3 4 9 2 8 8 1 2 1 5 l 1 6 41 6 8 0 4 4 - 8 2 6 8 0-3 一 1 9 9 1 4 4 4 9 4 4 8 8 - 8 9 5 - 2 6 9 5 - 3 - 9 5 3 -2 6 1 0 1 3 3 2 5 0 - 3 - 3 7 、 l - 8 9 2 - 8 5 9 0 4 9 0 -4 -8 5 l l l 8 1 8 5 8 4 4 8 8 8 8 一l 2 9 一l 2 4 -1 2 3 9 一 l 3 A= - 0 4 8 6 B = -I 0 4 S I S =1
11、6 8 0 “ - 3 4 5 = 4 4 裹2 B As l C语言编辑的程序计算残应力结果 N e l ( x l O l l 口 ( 。 ) MP a o V MP a o VM P a o -M P a l - 3 9 9-4 - 2 1 7 3 1 4 4 1 9 1 2 6 8 9 - 6 2 2 6 2 O 7 2 l 3 2 8 2 0 8 5 8 5 1 3 8 3 o 4 4 5 3 - 3 3 o 3 3 5 4 4 3 - 4 71 3 1 7 3 8 1 0 3 4 一l 3 2 7 5 5l 3 2 7 -4 5 1 1 4 4 01 2 - 2 8 9 4 l 0
12、 3 1 1 4 6 2 9 2 1 1 4 5 2 7 4 5 3 2 1 5 l 3 3 3 一l 7 2 9 1 4 8 4 3 2 8 7 1 5 9 2 8 6 4 6 7 6 3 5 1 3 9 5 7 9 3 -4 3 2 4 o9 2 48 2 3 9 7 2 6 7 - I 5 一l o 9 2 -1 01 6 2 8 9 9 9 6 6 3 7 3 4 9 2 8 8 l 21 5 l 1 6 41 6 8 O -4 4 - 8 2 6 8 n3 一1 9 9 1 4 4 4 9 -4 4 8 8 - 8 9 5 - 2 6 - 9 5 3 9 5 -3 -2 6 1 0
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