萨克斯钻孔技术

Sachs 以其发明者的名字命名，开发了一种用于测量轴对称残余应力的技术，该技术通过在从轴对称部件中逐步去除材料层的过程中分析应变松弛来测量轴对称残余应力。

为了执行该技术，在开始去除材料之前，将沿环向和轴向对齐的应变仪安装在部件的内表面或外表面上。显然，应变片在元件内表面的定位只适用于管子或其他中空元件。然后从与应变仪打开的相反面执行材料去除过程，并逐步朝向应变仪表面。例如，如果应变仪位于圆柱体的外径上，则层将从内径向外去除。加工中的每个增量都会从组件中移除一个轴对称层，直到不再记录应变松弛。测量的残余应力的分辨率，因此应力梯度，

萨克斯钻孔过程的示意图。

Sachs Boring 是一种成熟的技术，用于测量在形状和应力分布上具有旋转对称性的圆柱形部件中的残余应力。然而最近，该应用程序已扩展到允许确定非轴对称残余应力场。

Sachs Boring 技术在钢中的标称精度为±45MPa，可用于测量仅受切割机尺寸限制的部件直径的双轴残余应力（即环向和轴向）。Sachs Boring 技术是一种简单但广泛使用的残余应力测量技术。

Sachs Boring 技术的有限元模拟（剖视图）。

萨克斯钻孔技术的程序

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. 将应变片粘到组件上并连接导线。
3. 将组件与切割机对齐。
4. 以一系列增量钻孔或调低组件。
5. 记录移除的每个增量层的新直径和应变仪读数。
6. 分析直径和应变仪数据以计算残余应力分布。

萨克斯钻孔的结果；带应变计的型锻加热管在 0、90、180 和 270 度。

Sachs Boring 技术的优点：

• 测量深度仅受所用切割机尺寸的限制，深度可>100mm；
• 测量的双轴残余应力分布（例如 σ θθ、 σ zz和 τ θz），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，45MPa – 钢，15MPa – 钛；
• 相对快速和容易地应用该过程；
• 在测量深度方面非常具有价格竞争力。

萨克斯钻孔技术的缺点：

• 破坏性的；
• 基于实验室的测量；
• 测量的双轴残余应力是部件轴向长度的平均值；
• σ rr不可测量；
• 仅适用于轴对称异形部件；
• 通常应用于包含轴对称应力分布的组件，但是新的分析技术允许测量非轴对称应力分布，尽管很难应用；
• 使用的应变仪易受噪音影响，需要进行表面处理；
• 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：

7. G. Sachs，“棒材和管材内应力的验证”，Zitschrift fur Metalkunde，卷。19，第 352-357 页，1927 年。
8. AA Garcia-Granada、DJ Smith 和 MJ Pavier，“基于 sachs 钻孔测量非轴对称残余应力的新程序”，国际机械科学杂志，第一卷。42，第 1027-1047 页，2000 年。