环芯技术

环芯 (RC) 技术，也称为 Trepan 技术，是一种用于测量近表面应力的半破坏性机械应变释放 (MSR) 技术。

该技术涉及在组件中切割一个环形凹槽，并使用应变仪花环 (SGR) 或光学方法以预定的深度增量测量中心核心内产生的表面应变松弛。然后使用数值确定的影响系数（来自有限元分析）将表面应变松弛分解为每个深度增量的残余应力。通常，对于标准 14mm 直径的核心，深度限制为 5mm，但使用不同的应变片和凹槽几何形状将允许总测量深度的变化。过去，RC 技术主要用于测量深度为 5 毫米或更小的“均匀”应力分布，但随着分析技术的最新进展和取芯程序的开发，这些深度已扩展到 25 毫米。

RC 技术期间 SGR 布置和中心核心的示意图。

测量的双轴残余应力（即 σ xx、σ yy和 τ xy）是作用在中心芯横截面上的那些的平均值。它们可以从增量应变测量中计算出来，以提供在总钻孔深度上平均的单组双轴结果或双轴残余应力随钻孔深度的变化。最常用的分析方法是增量法和积分法，其中积分法提供最准确的结果。

RC 技术后的 SGR 和中央核心的照片。

环芯技术的程序：

基本实验程序如下：

1. 在测量位置准备（例如平滑和脱脂）组件表面。
2. 将 RC 应变仪花环粘到组件上并连接导线。
3. 对 SGR 进行防水/封装，以确保它们不会被 EDM 流体损坏（机械切割不需要）。
4. 将 RC 机器与 SGR 对齐。将 SGR 的导线穿过电极/刀具并连接到应变计记录仪。
5. 以一系列增量环孔核心。
6. 测量钻孔深度并记录每个钻孔增量的应变仪读数。
7. 在该过程完成后，进行进一步测量以检查切割深度和与应变仪的对齐情况，并在适当的情况下对分析程序进行调整。
8. 分析深度和应变仪数据以计算残余应力分布。

环形核心技术的有限元模拟（截面图）。

环芯技术的优点：

• 半破坏性——能够在部件寿命的许多不同阶段重复测量残余应力；
• 实验室或“现场”测量；
• 测量的双轴残余应力分布（例如 σ xx、 σ yy和 τ xy），包括应力梯度；
• 能够在测量深度的前 5mm 内准确测量高幅度残余应力；
• 适用于多种材料，包括金属和非金属；
• 对成分材料的晶粒结构/质地不敏感；
• 公称精度：10MPa——铝，30MPa——钢，15MPa——钛；
• 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；
• 开孔可释放应变计周围 90% 的残余应力，提供更灵敏的应变曲线、更高的应变噪声比，从而提高 ICHD 的精度；
• 对 SGR 和环孔之间的偏心率不敏感。

环芯技术的缺点：

• 半破坏性——可能需要重新填充产生的孔或提供模型；
• 测量深度通常限制在 5 毫米，但在取芯的情况下最多可以测量 25 毫米，尽管应用和分析更困难；
• σ zz不可测量；
• 安装 SGR 需要适度平坦的表面，因此在复杂形状部件上的应用受到限制；
• 使用的应变仪易受噪音影响，需要进行表面处理；
• 严重依赖良好的应变响应曲线；
• 由于应力在深度处被释放，但在表面测量的应变不准确。

参考资料和延伸阅读：

9. Ajovalasit, A., Petrucci, G., Zucarello, B. “使用环芯法测定非均匀残余应力”，工程材料与技术杂志，第 118 卷，第 2 期，第 224-228 页，1996 年。
10. Zuccarello, B. “环芯法中深度增量分布的优化”，工程设计应变分析杂志，第 31 卷，第 4 期，第 251-258 页，1996 年。