分切技术

切割或裂纹顺应性技术是一种破坏性的机械应变释放 (MSR) 技术，可以准确测量近表面和贯穿厚度的残余应力。

该技术包括在组件上切割一条狭缝，通常使用电火花线切割，并使用位于狭缝下方或旁边的应变仪测量表面应变。在该过程中，狭缝深度逐渐增加到预定深度，并记录每个深度增量处的应变。使用数值确定的影响系数，表面应变松弛与整个试样厚度的应力有关。通常，下方（或背面）应变仪是最重要的，用于计算贯穿厚度的残余应力，但顶部应变仪还提供有关前几次 EDM 增量期间顶部表面应力的更多信息。

分切技术示意图。

使用弹性逆解法对来自分切过程的应变数据进行分析。最常见的分析是多项式级数展开法，该方法通过假设未知残余应力分布的多项式展开并找到将每个狭缝深度处的应力与给定应变松弛相关联的“顺应系数”来执行 [2]。另一种常用的分析方法是“积分”或“脉冲”方法，这是一种更流行的解决方案，适用于快速变化的应力场，其中对应变数据应用最小二乘拟合被认为不准确。

Slitting 技术适用于测量棱柱截面试样的单轴残余应力分布，其中应力分布仅在一个方向（即增量切削方向）变化，并且整个测量截面的力矩和应力分布是平衡的。

分切技术的程序：

基本实验程序如下：

1. 在应变仪位置准备（例如平滑和脱脂）组件表面。
2. 将单轴应变计粘在试样的正面和背面，并连接导线。
3. 对应变片进行防水/封装，以确保它们不会被 EDM 流体损坏或被流体流动搅动（机械切割不需要）。
4. 相对于 EDM 线或机械切割器对齐和固定试样，使背面应变仪直接位于切口下方。
5. 执行一系列切割增量，直至试样厚度的 90%，并在每次增量后记录应变计读数。
6. 实验完成后，进一步测量以检查狭缝深度、厚度和与应变仪的对齐情况，并在适当的情况下调整分析程序。
7. 分析应变仪数据以计算残余应力分布。

分切技术的优点：

• 测量深度仅受所用分切机尺寸的限制，深度可>100mm；
• 非常适合测量残余应力梯度；
• 适用于多种材料，包括金属和非金属；
• 公称精度：10MPa——铝，30MPa——钢，15MPa——钛；
• 对成分材料的晶粒结构/质地不敏感；
• “干净”的 EDM 表面允许进一步研究，例如蚀刻、X 射线甚至轮廓测量；
• 相对快速和容易地应用该过程；
• 在测量深度方面极具价格竞争力；
• 前后应变计允许交叉比较结果并添加有关表面残余应力的信息。

50mm 厚 4 点塑性弯曲梁的示例结果。

分切技术的缺点：

• 破坏性的；
• 基于实验室的测量；
• 单轴残余应力测量；
• 表面残余应力测量的不确定性增加；
• 测量高强度残余应力的不确定性增加；
• 难以应用于形状复杂的部件和应力场；
• 使用的应变计易受噪音影响，需要进行表面处理和涂层；
• 依赖于良好的应变响应曲线，或通过最小二乘拟合“平滑”应变响应。

参考资料和延伸阅读：

8. MB Prime，“残余应力裂纹顺应性（分切）测量的实验程序”，LA-UR-03-8629，洛斯阿拉莫斯国家实验室报告，2003 年。
9. Prime, MB 和 Hill, MR，“系列扩展、残余应力逆解的不确定性、模型误差和阶数选择”，工程材料与技术杂志，128(2)，第 175-185 页，2006 年。
10. Prime, MB, 1999，“通过连续扩展槽的残余应力测量：裂纹柔顺方法”，Appl。机甲。修订版，52(2)，第 75-96 页。

可以在www.lanl.gov/residual/refs.shtml找到一个很好的进一步阅读的文献来源，该文件由该领域的领先专家 Mike Prime 博士和 Mike Hill 教授出版，他的网页位于http:// /mae.ucdavis.edu/~mhill/