某生產(chǎn)發(fā)動機缸體的廠家，近期發(fā)現(xiàn)一批缸體有變形、開裂現(xiàn)象。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這些變形、裂紋都與殘余應(yīng)力有關(guān)。在缸體鑄件冷卻過程中產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，當(dāng)缸體承受外力時，殘余應(yīng)力與其相互作用，從而改變缸體實際受到的應(yīng)力大小。當(dāng)局部應(yīng)力疊加超過材料強度極*時，就會引起缸體變形甚至開裂。因此，有必要對發(fā)動機缸體內(nèi)部進行殘余應(yīng)力測試和分析。

殘余應(yīng)力測試方法

殘余應(yīng)力測試方法主要分有損和無損兩大類，有損檢測有盲孔法、切割法等，無損檢測有x射線、磁測法等。本次實驗中，測試件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、重量大、表面存在氧化層和鑄造殘沙，所以X射線法不適用。盲孔法主要是用于物體表面殘余應(yīng)力測試，所以也不適用。而切割法可以*全測量內(nèi)部殘余應(yīng)力，并且對構(gòu)件尺寸沒有要求，因此切割法更適合發(fā)動機缸體的殘余應(yīng)力測試。

測試儀器

試驗儀器采用聚航科技的JHYC靜態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)，多通道設(shè)計，軟件式操作，中文界面，應(yīng)變值實時顯示，數(shù)據(jù)及曲線實時保存，儀器精度高，測量結(jié)果精確。

試驗依據(jù)：《GBT 31218-2014金屬材料 殘余應(yīng)力測定 全釋放應(yīng)變法》

殘余應(yīng)力測試方案

（1）測點位置選取

應(yīng)變測試點的選取原則應(yīng)遵循以下幾點：1.理論計算的高應(yīng)力區(qū)和實際發(fā)生開裂的部位；2缸體實施減重部位；3進一步優(yōu)化設(shè)計關(guān)注的部位。根據(jù)以上原則，在缸體上共選取12個測點，均采用三軸應(yīng)變花。

（2）應(yīng)變片的粘貼及連接：將各個測點位置進行打磨清潔，粘貼應(yīng)變片及接線端子。

（3）初始值記錄：完成貼片后，將應(yīng)變片按照1/4橋接入JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀，查看數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄缸體應(yīng)變初始值。

（4）測量及缸體切割：拆除測量線纜，依據(jù)切割方案將缸體進行切割，沿著各測點位置將應(yīng)變片盡可能割成小塊，切割過程中注意應(yīng)變片的保護。

（5）終值記錄：切割完成后，將切割下來的試塊上的應(yīng)變片按照1/4橋接入應(yīng)變儀，查看數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄缸體應(yīng)變終值。

測試結(jié)果及計算

缸體使用材料是HT250，其彈性模量為120GPa，泊松比為0.3。首先將測量記錄的終值減去初值得到表1應(yīng)變測量結(jié)果，根據(jù)測量標(biāo)準(zhǔn)里的三軸應(yīng)變花的計算公式進行計算得到應(yīng)力計算結(jié)果。計算公式如下：

測試結(jié)果如下：

表1：應(yīng)變測量結(jié)果

表2殘余應(yīng)力計算結(jié)果

數(shù)據(jù)分析

從表2可以看出，12個測點中8號測點的殘余應(yīng)力*大，為30.3MPa，灰鐵250的抗拉極限是250MPa，殘余應(yīng)力的大小要小于抗拉極限的1/3，因此，該缸體整體殘余應(yīng)力水平較小，在實際使用中比較安全。

結(jié)論

1. 由實驗證明，切割法可用于發(fā)動機缸體內(nèi)部殘余應(yīng)力測試，儀器操作簡單，結(jié)果可靠，為缸體安全受力分析提供了依據(jù)。

2. 切割前后分別接線測試，可以減少在切割過程中發(fā)生斷線的風(fēng)險，保障測量的可靠性。但該方法對儀器的測量穩(wěn)定性有很高要求，JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀穩(wěn)定度±2με/4h，能夠很可靠完成這種方法的測試。