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閱讀：444發(fā)布時(shí)間：2020-5-27
某柴油機(jī)是由Inconel 713 LC超級(jí)合金材料精密澆注而成，在工作期間葉片出現(xiàn)了裂紋甚至斷裂現(xiàn)象，經(jīng)過勘察后發(fā)現(xiàn)殘余應(yīng)力是其發(fā)生裂紋的因素之一。為了進(jìn)一步分析柴油機(jī)葉片裂紋產(chǎn)生的原因，生產(chǎn)廠家找到南京聚航，希望我們能夠?qū)θ~片進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)量試驗(yàn)，為結(jié)論提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
殘余應(yīng)力測(cè)量方案
殘余應(yīng)力測(cè)量方法可分為機(jī)械釋放測(cè)量法和非破壞無損傷測(cè)量法兩大類。針對(duì)柴油機(jī)葉片的實(shí)際情況，聚航科技選擇分割切條釋放法。此方法基本思路是在垂直于要測(cè)量的殘余應(yīng)力方向，用機(jī)械切割的方法把構(gòu)件切成窄條，用電阻應(yīng)變儀對(duì)切割前后構(gòu)件的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)試，并由釋放的應(yīng)變和材料的本構(gòu)關(guān)系即可得到構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)。
在本次試驗(yàn)中，選擇2個(gè)葉片進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)量。根據(jù)柴油機(jī)葉片的開裂情況，選定切割方向垂直于開裂方向，亦即垂直于渦輪的半徑方向。儀器采用JHYC-16切割法應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，考慮到葉片截面上應(yīng)力梯度可能較大，宜選用柵長(zhǎng)較短的電阻應(yīng)變片，敏感柵長(zhǎng)度為0.2mm，沿葉片橫截面均勻布置8枚應(yīng)變片。由于在線切割過程中要用冷卻液對(duì)切割部位進(jìn)行冷卻，所以對(duì)電阻應(yīng)變片要進(jìn)行防水處理，具體做法是在電阻應(yīng)變片及其連接部位均勻涂抹705硅橡膠（室溫固化）。
測(cè)試結(jié)果及分析
切割完畢待葉片溫度場(chǎng)*穩(wěn)定后，讀取各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值，并根據(jù)下式計(jì)算應(yīng)力：
σ=-E*Δε（1）
式中：σ為釋放的殘余應(yīng)力；
E為材料的彈性模量，參照Inconel 718取220Gpa；
Δε為切割后測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值與切割前的應(yīng)變值之差。
表1和表2分別為測(cè)試葉片A和B的測(cè)試結(jié)果，殘余應(yīng)力的分布圖如下。
從以上測(cè)試結(jié)果可以看出：
1. 測(cè)試得到的殘余應(yīng)力基本滿足自平衡的特點(diǎn)，因此測(cè)試結(jié)果是合理的。
2. 在葉片A和葉片B中殘余應(yīng)力的分布規(guī)律基本相同，即葉片邊緣為殘余壓應(yīng)力，中間為拉應(yīng)力。
3. 葉片A的殘余應(yīng)力比葉片B的大，*大壓應(yīng)力為-194.4Mpa，*大拉應(yīng)力為77.4Mpa。實(shí)際上，由于切割的位置離粘貼應(yīng)變片的位置存在一定距離，測(cè)試得到的應(yīng)變值小于切割處實(shí)際釋放的應(yīng)變，因此可以推斷葉片根部實(shí)際的殘余應(yīng)力比測(cè)試的結(jié)果還要大。
4. 根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以知道殘余應(yīng)力過大是葉片產(chǎn)生裂紋甚至斷裂的主要原因之一。
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