CN107588713A - 一种测量细管圆缺口外边沿局部多轴应变的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量细管圆缺口外边沿局部多轴应变的方法，清洗薄壁管缺口件粘贴应变片的位置表面；打磨薄壁管缺口件的缺口表面；对粘贴应变片的位置进行清洗；用硬质铅笔或划线器在薄壁管缺口件的缺口外侧划出中心线；在划线位置上粘贴应变片；沿应变片轴线方向盖上一层聚四氟乙烯膜，并进行按压；采用焊锡将软导线焊接到应变片的引线上；用绝缘胶带将软导线和应变片引线的焊接裸露处与薄壁管缺口件隔绝；用胶带将软导线固定在薄壁管缺口件上；将胶粘剂均匀涂抹在应变片上；用绝缘胶带包住应变片；将测量结果代入任意斜截面上应变表达式，得到薄壁管缺口件局部应变状态。本发明能够有效地确定缺口外边沿的局部应变，便于工程应用。

Description

一种测量细管圆缺口外边沿局部多轴应变的方法

技术领域

本发明涉及一种细管缺口件的局部应变测量方法，用于多轴循环加载下缺口外边沿局部应变的测量，属于多轴疲劳强度设计领域。

背景技术

缺口零部件的多轴疲劳寿命预测通常采用局部应力应变法，而局部应力应变法需要确定缺口处的应变。目前，对于缺口件的应力应变分析方法主要有三种，即试验测试方法、弹塑性有限元法和近似计算法。试验测试的方法作为一种最常用，也是最早出现的应变分析方法，可以用于多轴载荷下缺口件的局部应变分析。但是，试验测试的方法通常受到机械零部件结构的限制，对于结构复杂的零部件，合理的应变片粘贴方式很难实现。特别地，对于细管缺口件，如何测量多轴加载下缺口外边沿的局部应变，目前仍然没有一种方法被广泛接受。因此，考虑细管缺口件的结构形式，研究一种测量细管圆缺口外边沿局部多轴应变的方法具有重要意义。

发明内容

由于细管缺口件缺口边沿应变梯度较大，无法采用光滑试件的贴片方式对应变进行采集。本发明目的在于针对细管缺口件在多轴加载下确定缺口外边沿局部应变的需求，提出了一种合理的贴应变片方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种测量细管圆缺口外边沿局部多轴应变的方法，该方法的实现步骤如下，

步骤1)：准备多轴加载下测量细管缺口件局部应变的用品，用品包括应变片和软导线；

步骤2)：对细管缺口件进行表面处理(除锈)，清除试件表面的锈斑，漆块，油渍，残余的胶水痕迹等，并且用脱脂棉沾少许酒精擦洗，在细管缺口件粘贴应变片的部位需要处理的面积大于应变片的基底面积；

步骤3)：用砂纸打磨细管缺口表面，在贴片处打磨出与贴片方向呈45度角的交叉纹路，以增加细管缺口件与应变片之间的摩擦力，保证应变片的粘贴强度；

步骤4)：用浸有丙酮或酒精的脱脂棉球清洗粘贴应变片的位置，将粘贴应变片位置处的污渍清洗干净，清洗时沿细管缺口件的单一方向进行；

步骤5)：以细管缺口件的纵向平面视图的缺口中心为坐标原点，建立X-Y坐标系，X轴沿细管缺口件的轴线方向，Y轴与X轴相垂直；选定沿细管缺口件的缺口外侧且在同一圆周上的A点、A′点与B点为应变片粘贴点，在细管缺口件的纵向平面视图中，A点、A′点与B点沿Y轴同一直线分布；A点与A′点关于X轴对称，并靠近缺口边沿。由于几何对称性，定义A点的应变响应与A′点的应变响应相同。应变片粘贴位置B点同样布置在Y轴上，与A点之间的距离为一个应变片基底的宽度；分别以A点、A′点与B点为中心，分别用硬质铅笔或划线器划出应变片粘贴中心的定位线；在纵向平面视图的X-Y坐标系中，A点与B点所划应变片粘贴定位线分别与X轴和Y轴平行，A′点所划应变片粘贴定位线分别与X轴和Y轴呈45°夹角；

步骤6)：蘸取502胶水，将三个应变片分别粘贴在A点、A′点与B点处，A点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为0°，A′点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为45°，B点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为90°；

步骤7)：沿应变片轴线方向盖上一层聚四氟乙烯膜，用手指滚压3～4次，排净气泡并挤出多余502胶液，1分钟后从无引线端揭下聚四氟乙烯膜；

步骤8)：用绝缘胶带将应变片上的引线与细管缺口件隔开，防止出现短路情况，采用60％×0.8mm焊锡将软导线焊接到应变片的引线上；

步骤9)：用绝缘胶带将软导线和应变片引线的焊接裸露处与细管缺口件隔绝，保证两条软导线被完全隔绝；

步骤10)：用胶带将软导线固定在细管缺口件上，粘贴的过程中保证软导线处于松弛状态；

步骤11)：将胶粘剂均匀涂抹在应变片上，完全覆盖应变片，防止应变片暴露在空气中出现短路；

步骤12)：用绝缘胶带包住应变片，对应变片进行保护；

步骤13)：将A点测量的应变响应值ε_0°、A′点测量的应变响应值ε_45°和B点测量的应变响应值ε_90°代入式(1)、式(2)及式(3)，

ε_x＝ε_0° (1)

ε_y＝ε_90° (2)

γ_xy＝(ε_x+ε_y)-2·ε_45°＝(ε_0°+ε_90°)-2·ε_45° (3)

可得到多轴加载下细管缺口件缺口外边沿A(A′)点的局部应变状态(ε_x,ε_y,γ_xy)，ε_x为轴向应变，ε_y为横向应变，γ_xy为剪切应变。

所述步骤3)所采用的砂纸粒度范围为220#—400#。

所述步骤5)中应变片粘贴位置A点与A′点布置在Y轴上，并靠近缺口边缘，A点与A′点关于试件的X轴对称，应变片粘贴位置B点同样布置在Y轴上，与A点之间的距离为一个应变片基底的宽度；A点与B点所划中心线分别与X轴和Y轴平行，A′点所划中心线分别与X轴和Y轴呈45°夹角。

所述步骤6)中A点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为0°，A′点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为45°，B点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为90°。

所述步骤8)中采用的软导线的截面积为1.5mm²。

本发明的优点在于：对粘贴应变片的位置进行了有效地安排，测量的应变响应与加载路径相比，没有发生形状的畸变。提出的方法能够有效地确定缺口外边沿的局部应变，便于工程应用。

附图说明

图1为本发明中的钛合金薄壁细管缺口件三维示意图。

图2为本发明中的应变片粘贴位置划线示意图。

图3为本发明中的应变片粘贴示意图。

图4为本发明中的恒幅拉扭45°非比例加载路径示意图。

图5为本发明中的恒幅拉扭45°非比例载荷下缺口局部应变测量结果。

图6为本发明中的恒幅拉扭90°非比例加载路径示意图。

图7为本发明中的恒幅拉扭90°非比例载荷下缺口局部应变测量结果。

图中：1、薄壁管缺口件，11、缺口位置，2、应变片，22、应变片引线，3、软导线。

具体实施方式

实例：

下面参阅图1至图3对钛合金薄壁细管缺口件局部应变进行测量，进一步对本发明作出说明，其步骤为：

步骤1)：准备多轴加载下测量细管缺口件局部应变的用品，用品包括应变片和软导线；

步骤2)：对钛合金薄壁管试件进行表面处理(除锈)，清除试件表面的锈斑，漆块，油渍，残余的胶水痕迹等，并且用脱脂棉沾少许酒精擦洗，在试件粘贴应变片的部位需要处理的面积大于应变片的基底面积；

步骤3)：用220#—400#粒度范围的砂纸打磨钛合金薄壁管缺口表面，在贴片处打磨出与贴片方向呈45度角的交叉纹路，以增加试件与应变片之间的摩擦力，保证应变片的粘贴强度；

步骤4)：用浸有丙酮或酒精的脱脂棉球清洗粘贴应变片的位置，将粘贴应变片位置处的污渍清洗干净，清洗时沿细管缺口件的单一方向进行；

步骤5)：以钛合金细管缺口件的纵向平面视图的缺口中心为坐标原点，建立X-Y坐标系，X轴沿钛合金细管缺口件的轴线方向，Y轴与X轴相垂直；选定沿钛合金细管缺口件的缺口外侧且在同一圆周上的A点、A′点与B点为应变片粘贴点，在钛合金细管缺口件的纵向平面视图中，A点、A′点与B点沿Y轴同一直线分布；A点与A′点关于X轴对称，并靠近缺口边沿。由于几何对称性，定义A点的应变响应与A′点的应变响应相同。应变片粘贴位置B点同样布置在Y轴上，与A点之间的距离为一个应变片基底的宽度；分别以A点、A′点与B点为中心，分别用硬质铅笔或划线器划出应变片粘贴中心的定位线；在纵向平面视图的X-Y坐标系中，A点与B点所划应变片粘贴定位线分别与X轴和Y轴平行，A′点所划应变片粘贴定位线分别与X轴和Y轴呈45°夹角；

步骤6)：蘸取502胶水，将三个应变片分别粘贴在A点、A′点与B点处，A点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为0°，A′点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为45°，B点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为90°。通过在A点粘贴应变片测量应变响应发现，A点在90°方向的应变变化相比于0°方向和45°方向的应变变化要小的多，并且应变片基底的长度和宽度较小。因此，可以通过B点在90°方向的应变响应来近似代替A点在90°方向的应变响应；

步骤7)：沿应变片轴线方向盖上一层聚四氟乙烯膜，用手指滚压3～4次，排净气泡并挤出多余502胶液，1分钟后从无引线端揭下聚四氟乙烯膜；

步骤8)：用绝缘胶带将应变片上的引线与钛合金薄壁管缺口件隔开，防止出现短路情况，采用60％×0.8mm焊锡将软导线焊接到应变片的引线上；

步骤9)：用绝缘胶带将软导线和应变片引线的焊接裸露处与钛合金薄壁管缺口件隔绝，保证两条软导线被完全隔绝；

步骤10)：用胶带将软导线固定在钛合金薄壁管缺口件上，粘贴的过程中保证软导线处于松弛状态；

步骤11)：将胶粘剂均匀涂抹在应变片上，完全覆盖应变片，防止应变片暴露在空气中出现短路；

步骤12)：用绝缘胶带包住应变片，对应变片进行保护；

步骤13)：按图4与图6中给出的多轴拉扭45°和90°非比例加载路径对钛合金薄壁管缺口件进行加载试验；

步骤14)：将采集到的A点测量的应变响应值ε_0°、A′点测量的应变响应值ε_45°和B点测量的应变响应值ε_90°代入式(1)、式(2)及式(3)，

ε_x＝ε_0° (1)

ε_y＝ε_90° (2)

γ_xy＝(ε_x+ε_y)-2·ε_45°＝(ε_0°+ε_90°)-2·ε_45° (3)

可得到多轴加载下钛合金薄壁管缺口件缺口外边沿A或A′点在图4与图6中给出加载路径下的局部应变状态(ε_x,ε_y,γ_xy)。ε_x为轴向应变，ε_y为横向应变，γ_xy为剪切应变。如图5和图7所示。

由图5和图7可以发现缺口局部应变测量结果与加载路径相比，没有发生形状的畸变。因此，本发明提出的方法能够较好地用于多轴疲劳加载试验中缺口外边沿的局部应变的测量。

Claims (5)

1.一种测量细管圆缺口外边沿局部多轴应变的方法，其特征在于：该方法的实现步骤如下，

步骤1)：准备多轴加载下测量细管缺口件局部应变的用品，用品包括应变片和软导线；

步骤2)：对细管缺口件进行表面处理，清除试件表面的锈斑，漆块，油渍，残余的胶水痕迹等，并且用脱脂棉沾少许酒精擦洗，在细管缺口件粘贴应变片的部位需要处理的面积大于应变片的基底面积；

步骤3)：用砂纸打磨细管缺口表面，在贴片处打磨出与贴片方向呈45度角的交叉纹路，以增加细管缺口件与应变片之间的摩擦力，保证应变片的粘贴强度；

步骤4)：用浸有丙酮或酒精的脱脂棉球清洗粘贴应变片的位置，将粘贴应变片位置处的污渍清洗干净，清洗时沿细管缺口件的单一方向进行；

步骤5)：以细管缺口件的纵向平面视图的缺口中心为坐标原点，建立X-Y坐标系，X轴沿细管缺口件的轴线方向，Y轴与X轴相垂直；选定沿细管缺口件的缺口外侧且在同一圆周上的A点、A′点与B点为应变片粘贴点，在细管缺口件的纵向平面视图中，A点、A′点与B点沿Y轴同一直线分布；A点与A′点关于X轴对称，并靠近缺口边沿；由于几何对称性，定义A点的应变响应与A′点的应变响应相同；应变片粘贴位置B点同样布置在Y轴上，与A点之间的距离为一个应变片基底的宽度；分别以A点、A′点与B点为中心，分别用硬质铅笔或划线器划出应变片粘贴中心的定位线；在纵向平面视图的X-Y坐标系中，A点与B点所划应变片粘贴定位线分别与X轴和Y轴平行，A′点所划应变片粘贴定位线分别与X轴和Y轴呈45°夹角；

步骤6)：蘸取502胶水，将三个应变片分别粘贴在A点、A′点与B点处，A点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为0°，A′点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为45°，B点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为90°；

步骤7)：沿应变片轴线方向盖上一层聚四氟乙烯膜，用手指滚压3～4次，排净气泡并挤出多余502胶液，1分钟后从无引线端揭下聚四氟乙烯膜；

步骤8)：用绝缘胶带将应变片上的引线与细管缺口件隔开，防止出现短路情况，采用60％×0.8mm焊锡将软导线焊接到应变片的引线上；

步骤9)：用绝缘胶带将软导线和应变片引线的焊接裸露处与细管缺口件隔绝，保证两条软导线被完全隔绝；

步骤10)：用胶带将软导线固定在细管缺口件上，粘贴的过程中保证软导线处于松弛状态；

步骤11)：将胶粘剂均匀涂抹在应变片上，完全覆盖应变片，防止应变片暴露在空气中出现短路；

步骤12)：用绝缘胶带包住应变片，对应变片进行保护；

步骤13)：将A点测量的应变响应值ε_0°、A′点测量的应变响应值ε_45°和B点测量的应变响应值ε_90°代入式(1)、式(2)及式(3)，

ε_x＝ε_0° (1)

ε_y＝ε_90° (2)

γ_xy＝(ε_x+ε_y)-2·ε_45°＝(ε_0°+ε_90°)-2·ε_45° (3)

可得到多轴加载下细管缺口件缺口外边沿A点或A′点的局部应变状态(ε_x,ε_y,γ_xy)，ε_x为轴向应变，ε_y为横向应变，γ_xy为剪切应变。

2.根据权利要求1所述的一种测量细管缺口件局部应变的方法,其特征在于：所述步骤3)所采用的砂纸粒度范围为220#—400#。

3.根据权利要求1所述的一种测量细管缺口件局部应变的方法,其特征在于：所述步骤5)中应变片粘贴位置A点与A′点布置在Y轴上，并靠近缺口边缘，A点与A′点关于试件的X轴对称，应变片粘贴位置B点同样布置在Y轴上，与A点之间的距离为一个应变片基底的宽度；A点与B点所划中心线分别与X轴和Y轴平行，A′点所划中心线分别与X轴和Y轴呈45°夹角。

4.根据权利要求1所述的一种测量细管缺口件局部应变的方法，其特征在于：所述步骤6)中A点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为0°，A′点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为45°，B点粘贴应变片的方向与X轴的夹角为90°。

5.根据权利要求1所述的一种测量细管缺口件局部应变的方法，其特征在于：所述步骤8)中采用的软导线的截面积为1.5mm²。