切槽法测量残余应力的原理与应用

切槽法就是在构件上进行切槽，由于切槽而形成残余应力的释放区，测定出此部分的应变从而求出残余应力。假定由于切槽而形成的彼此孤立部分内的残余应力是均匀一致的，并且槽沟所包围部分内的残余应力完全被释放。对于残余应力释放的区域，无论由直线形沟槽所包围，还是由圆弧状沟槽所包围均可以。Gunnert法就是制成圆弧状沟槽，是切槽法的典型代表。

如图3-7所示，在试样表面制成相隔45°的8个标点，切出宽2.5mm、外径ϕ20mm的圆形槽沟。切槽后通过测定各标点间距离的变化，从而计算出表面的残余应力。8个标点设在直径为ϕ9mm的圆周上，使用特殊的工具预先冲成小孔，然后用2.4mm的锥形钻头加工成锥形孔。并且在测定标点间距离时，使用特殊的张力计。设切槽后如图3-7所示的a、b、c、d方向的应变为ε_a、ε_b、ε_c、ε_d，残余应力可由式（3-21）～式（3-23）直接求出。令主应力为σ₁、σ₂，主应力σ₁与a方向间的角度为φ，则有：

图3-7 Gunnert测定法^[5]

下面说明测定上的一些问题。Gunnert法用的张力仪刻度为280μm，刻度上可读到1/3μm的变化。因此，其测量误差仅为0.7μm，应变误差为75×10^-6，从4个测点得到的平均误差约为65×10^-6，相当于应力误差为15MPa。

对于板来说，当厚度大于8mm时，6～9mm的切槽深度就足够了。图3-8所示为切槽深度和应变的关系。该图是在12mm厚的板试样上，改变切槽深度，测量a、b、c、d方向应变得到的结果。(www.xing528.com)

图3-8 切槽深度和应变的关系^[5]

在用Gunnert法进行应力测量时，造成误差的主要原因是测量用的圆锥孔的设置问题。圆锥孔的设置对测量的影响如图3-9所示。图3-9a、b为按不同顺序设置圆锥孔的情况。图3-9a是先在a方向设置标点，接着在c、d、b方向设置标点，然后在中心点处也同样设置圆锥孔，最后进行切槽时，依次在各标点间显示出长度的变化。图3-9b是先在b方向上设置标点，接着在c、d、a方向设置标点，然后在中心点处也同样设置圆锥孔，最后进行切槽。当改变标点位置的顺序与最后的状态相同时，其应变量应该相等，但实际上则不相同。可见，在标点设置过程中会产生很大的应变，并且标点的设置会对其他部分的长度变化造成很大的影响。因此，为了取代圆锥孔设置的标点，在标点位置处压入小钢球，用接触式的应变仪进行测量。此时测定精度虽然得到了提高，但由于用钢球设置标点，又带来了附加残余应力。

图3-9 圆锥孔的设置对测量的影响^[5]