CN101206148B - 一种能准确测量高温应力应变的方法 - Google Patents

Abstract

一种能准确测量高温应力应变的方法，其方法步骤为：(1)高温应变片热输出的标定；(2)将高温应变片点焊到高温构件表面；(3)升温至额定温度每隔20℃记录下每片输出的应变值；(4)将各点不同温度下应变数据作修正；(5)应力计算。本发明的技术效果：它适用于在高温环境下对构件现场进行测量，尤其在发电厂的高温高压蒸汽管道，蒸汽涡轮发动机和喷汽发动机在高温静动态加载下工作的零部件，它不仅能现场测出材料的高温应变，而且根据被测应变能准确将机械应变和热输出值区分出来。

Description

一种能准确测量高温应力应变的方法

                        技术领域

本发明涉及一种能准确测量高温应力应变的方法。

                        背景技术

目前金属材料在高温下工作性能测量，大部分是按照一定规范加工成标准试样，在实验室的高温炉里测试其性能。但是这些技术仪可用于实验室基础研究，不能在工业、航空领域现场进行测量，以解决构件在高温工作下产生的装配应力。在高温下进行应变测量用得是电阻应变片，高温电阻应变片是由特殊金属丝材料制成，随着温度上升，应变片的电阻值也会上升或下降，这就是热输出，每个高温应变片的热输出都不一致，差别很大。而在厂家生产高温应变片时只标明电阻值、灵敏系数，不标明热输出值，所以导致测量误差大。

                       发明内容

本发明的目的是提供一种能准确测量高温应力应变的方法，它适用于在高温环境下，对构件现场进行测量，不仅能现场测出材料的高温应变，而且根据被测应变，能准确将机械应变和热输出值区分出来。

本发明是这样来实现的，其方法步骤为：(1)高温应变片热输出的标定：测量前将每个应变片放在数控高温炉内，由室温升至其额定温度后随炉冷却，相同条件循环2-3次老化后，取出高温应变片焊上高温导线与实测时的静态电阻应变仪接成半桥，采用同一互补偿的温度补偿方法，由室温逐步升至额定温度，记录下每相隔10℃时的热输出值并画出曲线，相同条件连测两次，计算时取其平均值，在处理测量数据时必须计及相关应变片的热输出值。这一步是使应变片的热输出值在高温下趋于稳定，经过4-5次高温老化处理后，高温应变片热输出曲线重合性很好稳定在接近的数值内；(2)将高温应变片点焊到高温构件表面；(3)升温至额定温度每隔20℃记录下每片输出的应变值；(4)将各点不同温度下应变数据作修正，包括高温导线电阻修正、应变片热输出修正和灵敏系数修正；(5)应力计算：将各点修正后的应变值代入公式计算出构件产生的应力。

本发明的技术效果：它适用于在高温环境下对构件现场进行测量，尤其在发电厂的高温高压蒸汽管道，蒸汽涡轮发动机和喷汽发动机在高温静动态加载下工作的零部件，它不仅能现场测出材料的高温应变，而且根据被测应变能准确将机械应变和热输出值区分出来。

                  具体实施方式

本发明是这样来实现的，其方法步骤为：

(1)高温应变片热输出的标定，每个高温应变片都有不同的热输出值，测试前必须经过实验室标定，而被测物体的应变也是通过专测应变的仪器——静态电阻应变仪显示出来，因此，必须将应变片的热输出值和被测物体应变值区分出来，以求得精确的机械应变值。具体操作如下：测量前将每个应变片放在数控高温炉内，由室温升至其额定温度后随炉冷却，相同条件循环2-3次老化后，取出高温应变片焊上高温导线与实测时的静态电阻应变仪接成半桥，采用同一互补偿的温度补偿方法，由室温逐步升至额定温度，记录下每相隔10℃时的热输出值并画出曲线，相同条件连测两次，计算时取其平均值，在处理测量数据时必须计及相关应变片的热输出值。这一步是使应变片的热输出值在高温下趋于稳定，经过4-5次高温老化处理后，高温应变片热输出曲线重合性很好稳定在接近的数值内。

(2)将高温应变片点焊到高温构件表面。

(3)升温至额定温度每隔20℃记录下每片输出的应变值。

(4)将各点不同温度下应变数据作修正，包括高温导线电阻修正，应变片热输出修正和灵敏系数修正。

高温导线电阻修正

电阻应变片的阻值假设为140Ω，由于测量的需要连接了1.5米长的高温导线，使每个应变片的阻值增加了8～10Ω，其修正系数为

修正后的应变值为ε₁＝a_k.ε₀，ε₀为应变读数。

应变片热输出修正

热输出是高温应变片的一项重要指标，各应变片热输出值之间有一定的分散度，修正公式为ε₍₂₎＝ε₍₁₎-(ε_t-ε₀)，式中ε_t和ε₀分别是同一温度工作片和补偿片的热输出值。

灵敏系数修正

由于电阻应变仪的灵敏系数是设定后不可变，其数值假设为500℃时，灵敏系数K＝2.47，而高温应变片的灵敏系数一般随温度上升而下降，为此需作修正

式中K₁是计算温度灵敏系数，实际应变值为ε₍₃₎＝α_k.ε₍₂₎。

(5)应力计算，将各点修正后的应变值代入公式计算出构件产生的应力。

经修正后的实际应变ε₍₃₎分别代入物理方程计算应力，当主应力方向已知时，即应变ε₁＝ε_xε₂＝ε_yγ_xy＝0相应的最大主应力为 ${\mathrm{\σ}}_{\max }=\frac{E_t}{1-{\mathrm{\μ}}_t^2}({\mathrm{\ϵ}}_1+{\mathrm{\μ}}_t{\mathrm{\ϵ}}_2)$ 最小主应力为 ${\mathrm{\σ}}_{\min }=\frac{E_t}{1-{\mathrm{\μ}}_t^2}({\mathrm{\ϵ}}_2+{\mathrm{\μ}}_t{\mathrm{\ϵ}}_1)$ ε_x片方向与主应力方向夹角为0°

当两个主应力方向未知时，即ε₀代表横向(径向)，ε₉₀代表轴向，ε₄₅代表45°斜向，主应力和方向分别是

最大主应力为 ${\mathrm{\σ}}_{\max }=\frac{E_t}{2(1-{\mathrm{\μ}}_t)}({\mathrm{\ϵ}}_0+{\mathrm{\ϵ}}_{90})+\frac{E_t}{\sqrt{2}(1+{\mathrm{\μ}}_t)}\×\sqrt{{({\mathrm{\ϵ}}_0-{\mathrm{\ϵ}}_{45})}^2+{({\mathrm{\ϵ}}_{45}-{\mathrm{\ϵ}}_{90})}^2}$

最小主应力为 ${\mathrm{\σ}}_{\min }=\frac{E_t}{2(1-{\mathrm{\μ}}_t)}({\mathrm{\ϵ}}_0+{\mathrm{\ϵ}}_{90})-\frac{E_t}{\sqrt{2}(1+{\mathrm{\μ}}_t)}\×\sqrt{{({\mathrm{\ϵ}}_0-{\mathrm{\ϵ}}_{45})}^2+{({\mathrm{\ϵ}}_{45}-{\mathrm{\ϵ}}_{90})}^2}$

方向为 $t_{g}2\mathrm{\θ}=\frac{{2\mathrm{\ϵ}}_{45}-({\mathrm{\ϵ}}_0+{\mathrm{\ϵ}}_{90})}{{\mathrm{\ϵ}}_0-{\mathrm{\ϵ}}_{90}}$ 式中θ是最大主应力σ_max与ε₀之间的夹角，逆时针方向为正，顺时针方向为负。计算中各温度时的E_t和μ_t查表可得到。

Claims (1)

1.一种能准确测量高温构件应力应变的方法，其方法步骤为：

(1)高温应变片热输出的标定：测量前将每个应变片放在数控高温炉内，由室温升至其额定温度后随炉冷却，相同条件循环2-3次老化后，取出高温应变片焊上高温导线与实测时的静态电阻应变仪接成半桥，采用同一互补偿的温度补偿方法，由室温逐步升至额定温度，记录下每相隔10℃时的热输出值并画出曲线，相同条件连测两次，计算时取其平均值，在处理测量数据时必须计及相关应变片的热输出值，老化是使应变片的热输出值在高温下趋于稳定，共经过4～5次高温老化处理后，高温应变片热输出曲线重合性很好稳定在接近的数值内；

(2)将高温应变片点焊到高温构件表面；

(3)升温至额定温度每隔20℃记录下每片输出的应变值；

(4)将各点不同温度下应变数据作修正，包括高温导线电阻修正、应变片热输出修正和灵敏系数修正；

(5)应力计算：将各点修正后的应变值代入公式计算出构件产生的应力，最大主应力为

最小主应力为

方向为

式中ε₀代表径向应力，ε₉₀代表轴向应力，ε₄₅代表45°斜向应力，θ是最大主应力σ_max与ε₀之间的夹角，计算中各温度时的E_t和μ_t查表可得到。