CN110940445B - 一种光纤环式残余应力测试系统及残余应力测试方法 - Google Patents

一种光纤环式残余应力测试系统及残余应力测试方法 Download PDF

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    • G01L1/246Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using integrated gratings, e.g. Bragg gratings

Abstract

本发明公开了一种光纤环式残余应力测试系统,包括若干光纤传感器、传输光纤、解调装置及数据处理装置;若干光纤传感器通过传输光纤串联并绕制成圆形构成光纤传感器环,光纤传感器环固定于待测材料表面并通过传输光纤接入解调装置,解调装置与数据处理装置电连接;光纤传感器用于测试钻孔前后其所在测点的波长信号,并将测得的波长信号通过传输光纤传输至解调装置,解调装置用于解调并记录光纤传感器环上所有光纤传感器测得的波长信号并输出至数据处理装置,数据处理装置用于对解调装置输出的数据进行数据处理及分析。本发明的系统可有效降低钻孔法测试时应变传感器的安装难度,减少操作带来的误差影响,提高了测试精度。

Description

一种光纤环式残余应力测试系统及残余应力测试方法
技术领域
本发明涉及残余应力测试技术领域,特别涉及一种光纤环式残余应力测试系统及残余应力测试方法。
背景技术
残余应力是指产生应力的各种外部因素(外力、温度变化、加工处理过程等)去除后,在材料内部依然存在的应力。残余应力会造成初始损伤进一步演化,降低材料的力学性能。在持续的载荷作用下,各种形式的损伤会进一步生长,最终导致材料破坏。
目前残余应力测试方法按照是否破坏被测构件,可将其分为有损测试法和无损测试法两大类。有损测试法即去将具有残余应力构件的一部分去除或分离,使内应力释放,通过测量其应变变化来求出残余应力。有损测试法常用的方法有剥层法、取条法、钻孔法、切槽法等,在钻孔法中可利用盲孔法、浅盲孔法来减小钻孔对构件造成的损伤。无损检测法是利用材料物理性质的变化或晶体结构参数的变化测量残余应力。钻孔法优势在于,与其他残余应力测量技术相比,钻孔法具有测试范围广,测试精度高,测试步骤简单等特点。
现有钻孔法多采用电阻应变计的方法,测试孔周围的径向应变,通过三个传感器的应变信号解出孔周围的最大主应力作为其残余应力。其缺点在于:在实际贴片时,很容易角度倾斜,从而导致应变计的轴线并不在以钻孔孔心为圆心的半径上,这造成测试结果与实际结果有很大误差,因此导致钻孔法测试完毕后,想提高精度必须要对应变计进行实际贴片偏差角度的测量后再带入纠正这种偏差的公式进行换算。这一方面增加了钻孔法工艺的难度和复杂度,另一方面也降低了测试精度。其次,若放置多个传感器对测试结果进行效验时,多个电阻应变计接线不便,且可放置数量受到传感器尺寸的限制,因此也无法对材料内应力的整体分布进行测试。
光纤传感器具有体积小,易复用,能够进行准分布测试等诸多优势,可以监测整条光纤上的应变或温度信息。采用光纤环式应变花用于钻孔法测试,沿其周向可布置大量的应变测点达到对孔周围一定距离所有方向应变/应力情况的准分布测试,且采用多个测点计算主应力可以互相校正以提高测试精度。其分布式测量优势可以对材料内应力的整体分布进行测试评估。光纤环式应变花的形状也减少了传统方式在粘贴应变计过程中带来的误差,从而提高了测试精度。
发明内容
本发明的目的是基于上述背景技术,提供一种光纤环式残余应力测试系统及残余应力测试方法,可有效降低钻孔法测试时应变传感器的安装难度,减少操作带来的误差影响,提高了测试精度。
为了达到上述的技术效果,本发明采取以下技术方案:
一种光纤环式残余应力测试系统,包括若干光纤传感器、传输光纤、解调装置及数据处理装置;若干所述光纤传感器通过传输光纤串联并绕制成圆形构成光纤传感器环,所述光纤传感器环固定于待测材料表面并通过传输光纤接入解调装置,所述解调装置与数据处理装置电连接;
所述光纤传感器用于测试钻孔前后其所在测点的波长信号,并将测得的波长信号通过传输光纤传输至解调装置,所述解调装置用于解调并记录光纤传感器环上所有光纤传感器测得的波长信号并输出至数据处理装置,所述数据处理装置用于对解调装置输出的数据进行数据处理及分析;
本发明的光纤环式残余应力测试系统在使用时可选用自带光源的解调装置或配合耦合器及宽谱光源共同作用,若需配合耦合器及宽谱光源时,则还需将耦合器和宽谱光源、解调装置及光纤传感器环进行连接,则使用时,先由光源输出光至待测材料及光纤传感器,由光纤传感器环上各测点的光纤传感器分别对相应测点在待测材料钻孔前后的波长进行检测并传回至解调装置,解调装置对收到的数据进行解调及记录,再将数据传输至数据处理装置进行具体的计算处理,从而得出最终的该待测材料表面的残余应力;则在本发明的光纤环式残余应力测试系统中,多个光纤传感器可直接串联在一根光纤上,则最少只用一根传输光纤即可连入解调装置,而普通电阻应变计在钻孔法测试时至少需三个传输信号的接头,因此采用本发明可减少装置间的连接难度;同时,利用光纤传感器的特性布置多测点进行分布式测量,可读取各组测点信号并互相校准结果,从而提高了测试精度,可得到光纤传感器环上多个位置的应变信息,最终得到孔周围更为全面的内应力释放信息。
进一步地,所述光纤传感器为光纤光栅传感器或啁啾光栅传感器,实际中也可选用其他具有应变敏感性的光纤传感器。
进一步地,所述光纤传感器环的直径大于15mm,实际中,光纤传感器环的直径具体是根据钻的大小及测试位置决定。
进一步地,所述光纤传感器环采用胶粘剂粘接或点焊的方式固定于待测材料表面。
进一步地,所述胶粘剂为速干胶或环氧树脂胶。
进一步地,所述光纤传感器环上的相邻光纤传感器间隔距离相同。
同时,本发明还公开了一种残余应力测试方法,由上述的一种光纤环式残余应力测试系统实现,包括以下步骤:
A.在待测材料表面中心处标记钻孔圆心,并以此标记作为光纤传感器环的圆心设定光纤传感器环的安装位置;
B.将若干光纤传感器通过传输光纤串联并绕制成圆形构成光纤传感器环;并将光纤传感器环固定于步骤A中设定的位置处;
C.完成光纤传感器环与解调装置的连接,及解调装置与数据处理装置的连接;
D.在钻孔前由光纤传感器环测试钻孔前各测点的波长信号并将测得的信号数据通过传输光纤传输至解调装置进行解调及记录;
E.沿标记的钻孔圆心处进行钻孔,直至钻出指定大小及深度的小孔,其中,钻孔的半径小于光纤传感器环的半径;
F.完成钻孔后待各光纤传感器测得的数据稳定后由解调装置记录及保存数据;
G.解调装置将记录的钻孔前后各测点对应的数据传输至数据处理装置进行分析及处理;
H.数据处理装置通过基于Kirsch理论的钻孔测试计算方法计算待测材料的主应力大小和方向。
进一步地,所述步骤H具体包括:
H1.计算测点1钻孔后的切向应力改变量σt、径向应力改变量为σr
Figure GDA0002861334730000041
Figure GDA0002861334730000042
其中,σ1为待测材料表面的最大主应力,单位:MPa;σ2为待测材料表面的最小主应力,单位:MPa;r为光纤传感器环的半径,单位:mm;a为钻孔的半径;
Figure GDA0002861334730000043
为最大主应力σ1所在直线与测点1的光纤传感器在光纤传感器环上的半径之间的夹角;
H2.计算该测点由于钻孔导致的应变释放量εt
Figure GDA0002861334730000051
其中,E为材料弹性模量;μ为材料泊松比;
H3.将(1),(2)式代入(3)式中,可得下式:
Figure GDA0002861334730000052
同时,应变释放量εt可通过以下公式求得:
εt=(λ12)*k; (5)
其中,λ1为测点1钻孔前光纤传感器测得的波长数据;λ2为测点1钻孔后光纤传感器测得的波长数据;k为测点1的光纤传感器的应变灵敏度;
H4.选取另外2个测点即测点2及测点3按照步骤H1至H3,得到测点2由于钻孔导致的应变释放量的求取表达式ε2及测点3由于钻孔导致的应变释放量的求取表达式ε3
Figure GDA0002861334730000053
Figure GDA0002861334730000054
其中,
Figure GDA0002861334730000055
为最大主应力σ1所在直线与测点2的光纤传感器在光纤传感器环上的半径之间的夹角,
Figure GDA0002861334730000056
为最大主应力σ1所在直线与测点3的光纤传感器在光纤传感器环上的半径之间的夹角,且选取的测点1、测点2、测点3中任意两个光纤传感器在光纤传感器环上的圆心角不等于180°;
H5.由于任意两个光纤传感器在光纤传感器环上的圆心角均已知,因此
Figure GDA0002861334730000057
Figure GDA0002861334730000058
均可由
Figure GDA0002861334730000059
及测点2的光纤传感器或测点3的光纤传感器与测点1的光纤传感器在光纤传感器环上的圆心角进行表示,则联合方程(4)、(6)、(7)即可得出最大主应力σ1,最小主应力σ2及测点1光纤传感器与最大主应力的方向夹角
Figure GDA0002861334730000061
其中,最大主应力σ1即为待测材料的残余应力。
进一步地,所述步骤E中进行钻孔时,所钻小孔的孔心距待测材料边缘的最小距离大于15倍的钻孔半径。
进一步地,所述步骤E中进行钻孔时,采用麻花钻头进行钻孔。
本发明与现有技术相比,具有以下的有益效果:
本发明的光纤环式残余应力测试系统及残余应力测试方法,利用光纤传感器可分布式测量的特点,通过布置多个光纤传感器基于钻孔法对待测材料的残余应力进行监测,可实现对孔周围多方向应变/应力情况的准分布测试,且采用多个测点计算残余应力可以互相校正以提高测试精度,同时,该光纤环式残余应力测试系统的结构简单,多个光纤传感器可直接串联在一根光纤上,则最少只用一根传输光纤即可连入解调装置,而普通电阻应变计在钻孔法测试时至少需三个传输信号的接头,因此采用本发明的方案可减少装置间的连接难度,且光纤传感器环也减少了传统应变计轴向布置在粘贴过程中带来的误差,具有精度高,结构简单,操作难度低等优点。
附图说明
图1是本发明的光纤环式残余应力测试系统的示意图。
图2是光纤传感器环上一个测点的应力改变量分布的示意图。
图3是本发明的一个实施例中的光纤传感器的布置示意图。
图4是本发明的一个实施例中的光纤环式残余应力测试系统的仿真结果示意图。
附图标记:1-光纤传感器环,2-传输光纤,3-解调装置,4-数据处理装置,5-待测材料,6-钻孔,7-钻头。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例:
实施例一:
如图1所示,一种光纤环式残余应力测试系统,包括若干光纤传感器、传输光纤2、解调装置3及数据处理装置4。
若干光纤传感器通过传输光纤2串联并绕制成圆形构成光纤传感器环1,在具体将光纤传感器通过传输光纤2串联并绕制成圆形光纤传感器环1时可通过在待测材料5表面做标记或制作同尺寸圆形槽的方式实现。光纤传感器环1固定于待测材料5表面并通过传输光纤2接入解调装置3,解调装置3与数据处理装置4电连接。
光纤传感器用于测试钻孔前后其所在测点的波长信号,并将测得的波长信号通过传输光纤2传输至解调装置3,解调装置3用于解调并记录光纤传感器环1上所有光纤传感器测得的波长信号并输出至数据处理装置4,数据处理装置4用于对解调装置3输出的数据进行数据处理及分析。
具体的,光纤传感器可采用光纤光栅传感器或啁啾光栅传感器等其他对应变敏感的光纤传感器,且在整个光纤传感器环1上可根据具体需求设置多个光纤传感器从而进行多个测点的测量。具体的光纤传感器环1的直径具体是根据钻的大小及测试位置决定,一般直径需大于15mm。且光纤传感器环1可采用胶粘剂粘接或点焊的方式固定于待测材料5表面。若采用粘接固定则胶粘剂可选用速干胶或环氧树脂胶。
具体在本实施例中,光纤传感器环1由多个布拉格光栅串联构成,且光纤光栅传感器具体是选用标准直径125的光纤,同时在光纤上刻写中心波长不同的光栅,相邻光纤光栅传感器间隔相同,每个光纤光栅的长度相同,光栅的中心波长可控制在1510~1590nm之间。选用光纤光栅传感器作为应变传感器,在一根单模光纤上写入8个光纤光栅。光纤光栅的中心波长应相隔2nm左右。将尺寸为200mm*200mm*10mm的金属铝板作为待测材料5。
安装连接时,首先在铝板中心处标记钻孔位置,以此标记为圆心用圆规画半径30mm的圆并用记号笔加粗该轮廓,然后将光纤光栅传感器沿这个圆形轮弯曲绕制成半径30mm的圆环,在栅区处用安特固胶粘剂将该部分与铝板表面固定,粘接前,为给光纤光栅施加一定的预应力,在点胶前沿光纤轴向拉伸该光栅。粘贴完成的光纤传感器环1如图3所示,本实施例中,环上共有8个光纤光栅传感器,相邻传感器间隔的圆心角为45°。
然后将尾端引出的光纤用熔接机与光纤跳线的尾端连接,并将熔接点用30mm长度的热缩管进行热缩处理后保护,再将跳线头接入光纤光栅波长解调仪,光纤光栅解调仪可以将该光纤应变环上所有光纤光栅传感器的中心波长解调并记录。具体的,本实施例中的数据处理装置4可由具有相应数据处理及计算功能的PC实现,且本实施例中所用光纤光栅解调仪为Smartfiber公司所生产的自带光源的解调仪,可以输出光并能接收返回的光,具有较高的灵敏度,实际中若采用的是非自带光源的解调装置3则还需进一步需配合耦合器及宽谱光源,具体是将耦合器和宽谱光源、解调装置3及光纤传感器环1进行连接即可。
完成相应安装及连接后,即可先由解调装置3的光源输出光至待测材料5及光纤传感器,由光纤传感器环1上各测点的光纤传感器分别对相应测点在待测材料5钻孔前的波长进行检测并传回至解调装置3,解调装置3对收到的数据进行解调及记录,然后即可进行钻孔,本实施例中,具体选用13mm直径的麻花钻进行钻孔,将钻头7与待测材料5表面上的钻孔标记对齐并进行钻孔,具体的,为了保证测量结果不受材料端面效应的影响,本实施例中,钻孔6的孔心距待测材料5边缘的最小距离需大于15倍的钻孔半径,用钻头7钻出指定大小及深度的钻孔6。
钻孔完成后观察光纤光栅传感器检测的波长变化,等待光纤传感器信号稳定后读取波长等信号,并将数据从解调装置3导入数据处理装置4中进行处理分析,通过比对钻孔前后的信号变化,得到光纤传感器环1不同位置的应变变化量,具体的,解调装置3输出的光纤传感器原始数据为中心波长,需乘以光纤传感器的应变灵敏度将原始信号转化为应变信号即应变变化量;当光栅的中心波长在1520~1570nm范围时,裸光栅应变灵敏度为1.197~1.236pm/με,本实施例中将1.2pm/με作为光纤传感器的应变灵敏度。则将钻孔前与钻孔后解调装置3输出的波长信号相减,并乘以应变灵敏度即可得到由于钻孔导致的应变变化量εt。最终通过相应算法即可得到待测材料5的残余应力大小。且通过对光纤传感器环1上多个测点进行分析可以修正误差,从而提高测试精度。
则在本发明的光纤环式残余应力测试系统中,多个光纤传感器可直接串联在一根光纤上,则最少只用一根传输光纤2即可连入解调装置3,而普通电阻应变计在钻孔法测试时至少需三个传输信号的接头,因此采用本发明可减少装置间的连接难度;同时,利用光纤传感器的特性布置多测点进行分布式测量,可读取各组测点信号并互相校准结果,从而提高了测试精度,可得到光纤传感器环1上多个位置的应变信息,最终得到孔周围更为全面的内应力释放信息。
实施例二
本实施例公开了一种使用实施例一的光纤环式残余应力测试系统进行残余应力测试的方法,具体包括以下步骤:
步骤1.在待测材料5表面中心处标记钻孔圆心,并以此标记作为光纤传感器环1的圆心设定光纤传感器环1的安装位置;
步骤2.将8个光纤传感器(如图3中光纤传感器A、B、C、D、E、F、G、H)通过传输光纤2串联并绕制成圆形构成光纤传感器环1;并将光纤传感器环1固定于步骤1中设定的位置处;
步骤3.完成光纤传感器环1与解调装置3的连接,及解调装置3与数据处理装置4的连接;
步骤4.在钻孔前由光纤传感器环1测试钻孔前各测点的波长信号并将测得的信号数据通过传输光纤2传输至解调装置3进行解调及记录;
步骤5.沿标记的钻孔圆心处进行钻孔,直至钻出指定大小及深度的小孔,其中,钻孔时需保证钻头7正对钻孔标记,保证小孔的圆心与光纤传感器环1的圆心重合,且钻头7直径应小于光纤传感器环1的直径,钻孔的半径小于光纤传感器环1的半径;
步骤6.完成钻孔后待各光纤传感器测得的数据稳定后由解调装置3记录及保存数据;
步骤7.解调装置3将记录的钻孔前后各测点对应的数据传输至数据处理装置4进行分析及处理;
步骤8.数据处理装置4通过基于Kirsch理论的钻孔测试计算方法计算待测材料5的主应力大小和方向。
具体的,本实施例中,通过选取三个光纤传感器信号进行分析,且具体计算步骤包括:
步骤8.1.如图2所示,某一测点钻孔后的切向应力改变量σt、径向应力改变量为σr;具体的如图3所示,本实施例中选取的测点1为光纤传感器A所在位置,则测点1钻孔后的切向应力改变量σt、径向应力改变量为σr具体如下:
Figure GDA0002861334730000111
Figure GDA0002861334730000112
其中,σ1为待测材料表面的最大主应力,单位:MPa;σ2为待测材料表面的最小主应力,单位:MPa;r为光纤传感器环的半径,单位:mm;a为钻孔的半径;
Figure GDA0002861334730000113
为该测点的光纤传感器在光纤传感器环上的半径与最大主应力σ1所在直线方向的夹角;
步骤8.2.计算该测点1由于钻孔导致的应变释放量εt
Figure GDA0002861334730000114
其中,E为材料弹性模量;μ为材料泊松比;
步骤8.3.将(1),(2)式代入(3)式中,可得下式:
Figure GDA0002861334730000115
同时,应变释放量εt可通过以下公式求得:
εt=(λ12)*k; (5)
其中,λ1为测点1钻孔前光纤传感器测得的波长数据;λ2为测点1钻孔后光纤传感器测得的波长数据;k为测点1的光纤传感器的应变灵敏度,本实施例中具体取值为1.2pm/με;
则在式(4)中,除σ1,σ2
Figure GDA0002861334730000116
外其他参量均为已知,则在光纤传感器环1上选取三个传感器的信号即可得到三个方程。
步骤8.4.选取另外2个测点即测点2(即光纤传感器D所在位置)及测点3(即光纤传感器G所在位置)按照步骤8.1至步骤8.3,得到测点2由于钻孔导致的应变释放量的求取表达式ε2及测点3由于钻孔导致的应变释放量的求取表达式ε3
Figure GDA0002861334730000121
Figure GDA0002861334730000122
其中,
Figure GDA0002861334730000123
为测点2的光纤传感器与最大主应力σ1所在直线方向的夹角,
Figure GDA0002861334730000124
为测点3的光纤传感器与最大主应力σ1所在直线方向的夹角;且选取的测点1、测点2、测点3中任意两个光纤传感器之间的夹角不等于180°;
本实施例中,如图3所示,
Figure GDA0002861334730000125
(其中,
Figure GDA0002861334730000126
为测点2与测点1两个光纤传感器在光纤传感器环上的圆心角),
Figure GDA0002861334730000127
(其中,
Figure GDA0002861334730000128
为测点3与测点1两个光纤传感器在光纤传感器环上的圆心角);且
Figure GDA0002861334730000129
Figure GDA00028613347300001210
Figure GDA00028613347300001211
则可代入式(6)、(7),则在式(4)、(6)、(7)中,仅σ1,σ2
Figure GDA00028613347300001212
未知,其余均已知。
步骤8.5.联合方程(4)、(6)、(7)即可得出最大主应力σ1,最小主应力σ2及测点1光纤传感器与最大主应力的方向夹角
Figure GDA00028613347300001213
其中,最大主应力σ1即为待测材料5的残余应力。
为验证钻孔后光纤传感器环1可以测到有效信号,对孔径13mm时光纤传感器环1所在位置的应变进行数值仿真,材料杨氏模量和泊松比与实际一致,仿真结果如图4所示。其最小应变远大于一般光纤传感器的最小可分辨的1个微应变,证明此方法可测到残余应力释放导致的应变变化。
同时,由于本方法是选取三组传感器即可得到一组残余应力与方向,则改变选取的传感器即可得到多组残余应力解,对多组解进行分析及处理可以修正一定的误差,提高测试精度。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤环式残余应力测试系统,其特征在于,包括若干光纤传感器、传输光纤、解调装置及数据处理装置;若干所述光纤传感器通过传输光纤串联并绕制成圆形构成光纤传感器环,所述光纤传感器环固定于待测材料表面并通过传输光纤接入解调装置,所述解调装置与数据处理装置电连接;
所述光纤传感器用于测试钻孔前后其所在测点的波长信号,并将测得的波长信号通过传输光纤传输至解调装置,所述解调装置用于解调并记录光纤传感器环上所有光纤传感器测得的波长信号并输出至数据处理装置,所述数据处理装置用于对解调装置输出的数据进行数据处理及分析。
2.根据权利要求1所述的一种光纤环式残余应力测试系统,其特征在于,所述光纤传感器为光纤光栅传感器。
3.根据权利要求1所述的一种光纤环式残余应力测试系统,其特征在于,所述光纤传感器环的直径大于15mm。
4.根据权利要求1所述的一种光纤环式残余应力测试系统,其特征在于,所述光纤传感器环采用胶粘剂粘接或点焊的方式固定于待测材料表面。
5.根据权利要求4所述的一种光纤环式残余应力测试系统,其特征在于,所述胶粘剂为速干胶或环氧树脂胶。
6.根据权利要求1所述的一种光纤环式残余应力测试系统,其特征在于,所述光纤传感器环上的相邻光纤传感器间隔距离相同。
7.一种残余应力测试方法,其特征在于,由权利要求1至6中任一所述的一种光纤环式残余应力测试系统实现,包括以下步骤:
A.在待测材料表面中心处标记钻孔圆心,并以此标记作为光纤传感器环的圆心设定光纤传感器环的安装位置;
B.将若干光纤传感器通过传输光纤串联并绕制成圆形构成光纤传感器环;并将光纤传感器环固定于步骤A中设定的位置处;
C.完成光纤传感器环与解调装置的连接,及解调装置与数据处理装置的连接;
D.在钻孔前由光纤传感器环测试钻孔前各测点的波长信号并将测得的信号数据通过传输光纤传输至解调装置进行解调及记录;
E.沿标记的钻孔圆心处进行钻孔,直至钻出指定大小及深度的小孔,其中,钻孔的半径小于光纤传感器环的半径;
F.完成钻孔后待各光纤传感器测得的数据稳定后由解调装置记录及保存数据;
G.解调装置将记录的钻孔前后各测点对应的数据传输至数据处理装置进行分析及处理;
H.数据处理装置通过基于Kirsch理论的钻孔测试计算方法计算待测材料的主应力大小和方向。
8.根据权利要求7所述的一种残余应力测试方法,其特征在于,所述步骤H具体包括:
H1.计算测点1钻孔后的切向应力改变量σt、径向应力改变量为σr
Figure FDA0002861334720000021
Figure FDA0002861334720000022
其中,σ1为待测材料表面的最大主应力,单位:MPa;σ2为待测材料表面的最小主应力,单位:MPa;r为光纤传感器环的半径,单位:mm;a为钻孔的半径;
Figure FDA0002861334720000023
为最大主应力σ1所在直线与测点1的光纤传感器在光纤传感器环上的半径之间的夹角;
H2.计算该测点由于钻孔导致的应变释放量εt
Figure FDA0002861334720000031
其中,E为材料弹性模量;μ为材料泊松比;
H3.将(1),(2)式代入(3)式中,可得下式:
Figure FDA0002861334720000032
同时,应变释放量εt可通过以下公式求得:
εt=(λ12)*k; (5)
其中,λ1为测点1钻孔前光纤传感器测得的波长数据;λ2为测点1钻孔后光纤传感器测得的波长数据;k为测点1的光纤传感器的应变灵敏度;
H4.选取另外2个测点即测点2及测点3按照步骤H1至H3,得到测点2由于钻孔导致的应变释放量的求取表达式ε2及测点3由于钻孔导致的应变释放量的求取表达式ε3
Figure FDA0002861334720000033
Figure FDA0002861334720000034
其中,
Figure FDA0002861334720000035
为最大主应力σ1所在直线与测点2的光纤传感器在光纤传感器环上的半径之间的夹角,
Figure FDA0002861334720000036
为最大主应力σ1所在直线与测点3的光纤传感器在光纤传感器环上的半径之间的夹角,且选取的测点1、测点2、测点3中任意两个光纤传感器在光纤传感器环上的圆心角不等于180°;
H5.联合方程(4)、(6)、(7)即可得出最大主应力σ1,最小主应力σ2及测点1光纤传感器与最大主应力的方向夹角
Figure FDA0002861334720000037
其中,最大主应力σ1即为待测材料的残余应力。
9.根据权利要求7所述的一种残余应力测试方法,其特征在于,所述步骤E中进行钻孔时,所钻小孔的孔心距待测材料边缘的最小距离大于15倍的钻孔半径。
10.根据权利要求7所述的一种残余应力测试方法,其特征在于,所述步骤E中进行钻孔时,采用麻花钻头进行钻孔。
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