一种单缝法应力测试中切缝偏位确定方法与流程

1.本发明涉及应力测试技术领域，具体涉及一种单缝法应力测试中切缝偏位确定方法。

背景技术：

2.单缝法应力测试是通过在材料表面切割一条细缝来释放待测部位的应力，通过垂直、对称分布于切缝两侧的2个应变计来测试切缝所释放的应变，最后根据测试应变来计算材料的工作应力。实际测试时，切缝中心不一定恰好位于应变测点p1、p2连线的中点o，并与p1p2保持垂直，这种位置偏差会导致应力测试误差。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种单缝法应力测试中切缝偏位确定方法，以能够提高切缝偏位确定的精度和效率。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
5.本发明提供一种单缝法应力测试中切缝偏位确定方法，所述单缝法应力测试中切缝偏位确定方法包括：
6.s1：对待测工件进行切缝操作并确定应变测点，其中，所述应变测点包括第一应变测点p1和第二应变测点p2；
7.s2：根据所述第一应变测点p1和所述第二应变测点p2的连线的中点为原点o建立原始坐标系xoy；
8.s3：根据切缝长边两端点的连线的中心为原点o'建立偏位坐标系x'o'y'；
9.s4：测量切缝长边两端点至应变测点的多个距离数据；
10.s5：根据多个所述距离数据，计算得到所述原始坐标系的x轴和所述偏位坐标系的x'轴之间的切缝偏角以及所述偏位坐标系原点在所述原始坐标系下的切缝移位坐标。
11.可选择地，所述步骤s4中，所述切缝长边两端点包括切缝端点d1和切缝端点d2，多个所述距离数据包括所述切缝端点d1与所述第一应变测点p1的距离l
11
及其与所述第二应变测点p2的距离l
12
，以及所述切缝端点d2与所述第一应变测点p1的距离l
21
及其与所述第二应变测点p2的距离l
22
。
12.可选择地，所述步骤s5包括：
13.s51：在所述原始坐标系下，利用三角余弦定理，确定所述第一应变测点p1和所述切缝端点d1的连线与y轴之间的夹角γ1、所述第一应变测点p1和所述切缝端点d2的连线与y轴之间的夹角γ2，以及和之间的夹角γ3；
14.s52：若所述夹角γ1、所述夹角γ2和所述夹角γ3满足预设条件，则进入步骤s53；否则，切缝位置偏差过大；
15.s53：根据所述夹角γ1、所述夹角γ2、所述夹角γ3和所述第一应变测点p1与所述
第二应变测点p2之间的距离，计算得到原始坐标系下所述切缝端点d1和切缝端点d2的坐标；
16.s54：根据所述切缝端点d1和所述切缝端点d2的坐标，计算得到所述原点o'在所述原始坐标系下的坐标，所述原点o’在所述原始坐标系下的坐标即为所述偏位坐标系原点在所述原始坐标系下的切缝移位坐标；
17.s55：根据所述原点o'在所述原始坐标系下的坐标、所述夹角γ1和所述夹角γ2，得到所述切缝偏角。
18.可选择地，所述步骤s51中，所述夹角γ1为：
[0019][0020]
所述夹角γ2为：
[0021][0022]
所述夹角γ3为：
[0023][0024]
其中，l
11
为所述切缝端点d1与第一应变测点p1的距离，l
12
为切缝端点d1与第二应变测点p2的距离，l
21
为切缝端点d2与第一应变测点p1的距离，l
22
为切缝端点d2与第二应变测点p2的距离，h为第一应变测点p1与第二应变测点p2的距离的一半，a为切缝端点d1与切缝端点d2的距离的一半，arccos(
·
)为反余弦函数。
[0025]
可选择地，所述步骤s52中，所述预设条件为：
[0026]
γ3≥γ1+γ2[0027]
其中，γ1为原始坐标系下第一应变测点p1和切缝端点d1的连线与y轴之间的夹角，γ2为原始坐标系下第一应变测点p1和所述切缝端点d2的连线与y轴之间的夹角，γ3为第一应变测点p1和所述切缝端点d1的连线与第一应变测点p1和所述切缝端点d2的连线之间的夹角。
[0028]
可选择地，所述步骤s54中，所述原点o’在所述原始坐标系下的坐标(xo′
，yo′
)通过以下方式计算：
[0029][0030]
其中，x
d1
为切缝端点d1的横坐标且x
d1
＝-l
11
sinγ1，x
d2
为切缝端点d2的横坐标且x
d2
＝l
12
sinγ2，y
d1
为切缝端点d1的纵坐标且y
d1
＝l
11 cosγ
1-h，y
d2
为切缝端点d2的纵坐标且y
d2
＝l
12
cosγ
2-h，l
11
为所述切缝端点d1与第一应变测点p1的距离，l
12
为切缝端点d1与第二应变测点p2的距离，h为第一应变测点p1与第二应变测点p2的距离的一半，γ1为原始坐标系下第一应变测点p1和切缝端点d1的连线与y轴之间的夹角，γ2为原始坐标系下第一应变测点p1和所述切缝端点d2的连线与y轴之间的夹角。
[0031]
可选择地，所述步骤s55中，所述切缝偏角θ为：
[0032][0033]
其中，sgn()表示符号函数且y
d1
为切缝端点d1的纵坐标且y
d1
＝l
11
cosγ
1-h，y
d2
为切缝端点d2的纵坐标且y
d2
＝l
12
cosγ
2-h，arccos(
·
)为反余弦函数，l
11
为所述切缝端点d1与第一应变测点p1的距离，l
12
为切缝端点d1与第二应变测点p2的距离，h为第一应变测点p1与第二应变测点p2的距离的一半，a为切缝端点d1与切缝端点d2的距离的一半。
[0034]
本发明具有以下有益效果：
[0035]
(1)本发明对切缝偏位的定量描述是通过长度的量测实现，即通过切缝端点(d1，d2)与应变测点中心(p1,p2)的距离(l
11
，l
12
，l
21
，l
22
)来计算切缝偏位参数(θ，xo′
，yo′
)。长度的测量只需要常见的显微尺、游标卡尺等就可以得到高精度的数据，由此求出的切缝偏位参数也更为精确；
[0036]
(2)本发明能够通过切缝端点(d1,d2)与应变测点中心(p1，p2)之间连线与y轴的夹角(γ1、γ2、γ3)，根据γ3是否大于等于γ1+γ2，判断切缝位置偏差是否超过测试精度要求，从而精确地判断当前测试是否有效；
[0037]
(3)通过本发明所提供的切缝偏位确定方法，能够在单缝法应力测试中快速、准确地确定实际切缝的位置偏差，为进一步评估切缝位置偏差对精测精度的影响提供理论基础。
附图说明
[0038]
图1为本发明单缝法应力测试中切缝偏位确定方法的流程图；
[0039]
图2为切缝偏位下参数求解过程示意图。
具体实施方式
[0040]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0041]
在利用单缝法应力测试方法进行实际测试时，切缝中心不一定恰好位于应变测点p1、p2连线的中点o，并与保持垂直，这种位置偏差会导致应力测试误差。若能对此位置偏差进行定量描述，并构建考虑切缝位置偏差的应力求解理论，便可以剔除切缝偏位导致的应力测试误差。
[0042]
由此，本发明提供一种单缝法应力测试中切缝偏位确定方法，参考图1所示，所述单缝法应力测试中切缝偏位确定方法包括：
[0043]
s1：对待测工件进行切缝操作并确定应变测点，其中，所述应变测点包括第一应变测点p1和第二应变测点p2；这里，第一应变测点p1和第二应变测点p2是根据应力延伸方向确定的，且两者的连线垂直于所述切缝。
[0044]
s2：根据所述第一应变测点p1和所述第二应变测点p2的连线的中点为原点o建立原
始坐标系xoy；
[0045]
s3：根据切缝长边两端点的连线的中心为原点o’建立偏位坐标系x'o'y'；
[0046]
参考图2所示，图中o'为切缝偏位后的中心点，其坐标为(xo′
,yo′
)。
[0047]
s4：测量切缝长边两端点至应变测点的多个距离数据；
[0048]
所述切缝长边两端点包括切缝端点d1和切缝端点d2，多个所述距离数据包括所述切缝端点d1与所述第一应变测点p1的距离l
11
及其与所述第二应变测点p2的距离l
12
，以及所述切缝端点d2与所述第一应变测点p1的距离l
21
及其与所述第二应变测点p2的距离l
22
。具体参考图2，d1、d2表示切缝长边的两端点，表示切缝的长度，表示应变测点间距，
[0049]
现实中，切缝是一个材料缺失的狭缝，其中心位置难以准确判定，故切缝移位(xo′
,yo′
)很难直接测量；对切缝偏角θ的测量也存在此类问题。然而切缝长边两端的端点d1、d2是可以清晰界定的，测点中心p1、p2一般也会在应变片上标记出来。因此切缝端点(d1、d2)至测点(p1、p2)的距离，可借助百分尺、显微尺或游标卡尺较为方便地量测。记d1与p1、p2的距离为l
11
、l
12
，d2与p1、p2的距离为l
21
、l
22
，那么表征切缝位置偏差的θ、xo′
及yo′
三个参数可通过l
11
、l
12
、l
21
、l
22
这4个长度参数求出。
[0050]
s5：根据多个所述距离数据，计算得到所述原始坐标系的x轴和所述偏位坐标系的x'轴之间的切缝偏角以及所述偏位坐标系原点在所述原始坐标系下的切缝移位坐标。
[0051]
可选择地，所述步骤s5包括：
[0052]
s51：在所述原始坐标系下，利用三角余弦定理，确定所述第一应变测点p1和所述切缝端点d1的连线与y轴之间的夹角γ1、所述第一应变测点p1和所述切缝端点d2的连线与y轴之间的夹角γ2，以及和之间的夹角γ3；
[0053]
那么，所述夹角γ1为：
[0054][0055]
所述夹角γ2为：
[0056][0057]
所述夹角γ3为：
[0058][0059]
其中，l
11
为所述切缝端点d1与第一应变测点p1的距离，l
12
为切缝端点d1与第二应变测点p2的距离，l
21
为切缝端点d2与第一应变测点p1的距离，l
22
为切缝端点d2与第二应变测点p2的距离，h为第一应变测点p1与第二应变测点p2的距离的一半，a为切缝端点d1与切缝端点d2的距离的一半，arccos(
·
)为反余弦函数。
[0060]
s52：若所述夹角γ1、所述夹角γ2和所述夹角γ3满足预设条件，则进入步骤s53；否则，切缝位置偏差过大；
[0061]
即，当预设条件满足γ3≥γ1+γ2时，意味着即使切缝位置出现了偏差，但其端点d1与d2仍位于的的两侧。若不满足，意味着切缝位置偏差过大，测试无效。
[0062]
s53：根据所述夹角γ1、所述夹角γ2、所述夹角γ3和所述第一应变测点p1与所述第二应变测点p2之间的距离，计算得到原始坐标系下所述切缝端点d1和切缝端点d2的坐标；
[0063]
由此，d1与d2在xoy坐标系中的坐标(x
d1
,y
d1
)、(x
d2
,y
d2
)为：
[0064]
x
d1
＝-l
11
sinγ1,y
d1
＝l
11
cosγ
1-h
[0065]
x
d2
＝l
12
sinγ2,y
d2
＝l
12
cosγ
2-h
[0066]
s54：根据所述切缝端点d1和所述切缝端点d2的坐标，计算得到所述原点o'在所述原始坐标系下的坐标，所述原点o'在所述原始坐标系下的坐标即为所述偏位坐标系原点在所述原始坐标系下的切缝移位坐标；
[0067]
已知d1与d2的坐标，其中心点o'的坐标可表示为：
[0068][0069]
其中，x
d1
为切缝端点d1的横坐标且x
d1
＝-l
11
sinγ1，x
d2
为切缝端点d2的横坐标且x
d2
＝l
12
sinγ2，y
d1
为切缝端点d1的纵坐标且y
d1
＝l
11 cosγ
1-h，y
d2
为切缝端点d2的纵坐标且y
d2
＝l
12
cosγ
2-h，l
11
为所述切缝端点d1与第一应变测点p1的距离，l
12
为切缝端点d1与第二应变测点p2的距离，h为第一应变测点p1与第二应变测点p2的距离的一半，γ1为原始坐标系下第一应变测点p1和切缝端点d1的连线与y轴之间的夹角，γ2为原始坐标系下第一应变测点p1和所述切缝端点d2的连线与y轴之间的夹角。
[0070]
s55：根据所述原点o’在所述原始坐标系下的坐标、所述夹角γ1和所述夹角γ2，得到所述切缝偏角。
[0071]
参考图2可知，切缝偏角θ满足：
[0072]
由此，可得所述切缝偏角θ为：
[0073][0074]
其中，sgn()表示符号函数且y
d1
为切缝端点d1的纵坐标且y
d1
＝l
11
cosγ
1-h，y
d2
为切缝端点d2的纵坐标且y
d2
＝l
12
cosγ
2-h，arccos(
·
)为反余弦函数，l
11
为所述切缝端点d1与第一应变测点p1的距离，l
12
为切缝端点d1与第二应变测点p2的距离，h为第一应变测点p1与第二应变测点p2的距离的一半，a为切缝端点d1与切缝端点d2的距离的一半。
[0075]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种单缝法应力测试中切缝偏位确定方法，其特征在于，所述单缝法应力测试中切缝偏位确定方法包括：s1：对待测工件进行切缝操作并确定应变测点，其中，所述应变测点包括第一应变测点p1和第二应变测点p2；s2：根据所述第一应变测点p1和所述第二应变测点p2的连线的中点为原点o建立原始坐标系xoy；s3：根据切缝长边两端点的连线的中心为原点o’建立偏位坐标系x'o'y'；s4：测量切缝长边两端点至应变测点的多个距离数据；s5：根据多个所述距离数据，计算得到所述原始坐标系的x轴和所述偏位坐标系的x'轴之间的切缝偏角以及所述偏位坐标系原点在所述原始坐标系下的切缝移位坐标。2.根据权利要求1所述的单缝法应力测试中切缝偏位确定方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述切缝长边两端点包括切缝端点d1和切缝端点d2，多个所述距离数据包括所述切缝端点d1与所述第一应变测点p1的距离l
11
及其与所述第二应变测点p2的距离l
12
，以及所述切缝端点d2与所述第一应变测点p1的距离l
21
及其与所述第二应变测点p2的距离l
22
。3.根据权利要求2所述的单缝法应力测试中切缝偏位确定方法，其特征在于，所述步骤s5包括：s51：在所述原始坐标系下，利用三角余弦定理，确定所述第一应变测点p1和所述切缝端点d1的连线与y轴之间的夹角γ1、所述第一应变测点p1和所述切缝端点d2的连线与y轴之间的夹角γ2，以及和之间的夹角γ3；s52：若所述夹角γ1、所述夹角γ2和所述夹角γ3满足预设条件，则进入步骤s53；否则，切缝位置偏差过大；s53：根据所述夹角γ1、所述夹角γ2、所述夹角γ3和所述第一应变测点p1与所述第二应变测点p2之间的距离，计算得到原始坐标系下所述切缝端点d1和切缝端点d2的坐标；s54：根据所述切缝端点d1和所述切缝端点d2的坐标，计算得到所述原点o’在所述原始坐标系下的坐标，所述原点o'在所述原始坐标系下的坐标即为所述偏位坐标系原点在所述原始坐标系下的切缝移位坐标；s55：根据所述原点o'在所述原始坐标系下的坐标、所述夹角γ1和所述夹角γ2，得到所述切缝偏角。4.根据权利要求3所述的单缝法应力测试中切缝偏位确定方法，其特征在于，所述步骤s51中，所述夹角γ1为：所述夹角γ2为：所述夹角γ3为：
其中，l
11
为所述切缝端点d1与第一应变测点p1的距离，l
12
为切缝端点d1与第二应变测点p2的距离，l
21
为切缝端点d2与第一应变测点p1的距离，l
22
为切缝端点d2与第二应变测点p2的距离，h为第一应变测点p1与第二应变测点p2的距离的一半，a为切缝端点d1与切缝端点d2的距离的一半，arccos(
·
)为反余弦函数。5.根据权利要求3所述的单缝法应力测试中切缝偏位确定方法，其特征在于，所述步骤s52中，所述预设条件为：γ3≥γ1+γ2其中，γ1为原始坐标系下第一应变测点p1和切缝端点d1的连线与y轴之间的夹角，γ2为原始坐标系下第一应变测点p1和所述切缝端点d2的连线与y轴之间的夹角，γ3为第一应变测点p1和所述切缝端点d1的连线与第一应变测点p1和所述切缝端点d2的连线之间的夹角。6.根据权利要求3所述的单缝法应力测试中切缝偏位确定方法，其特征在于，所述步骤s54中，所述原点o'在所述原始坐标系下的坐标(x
o
′
，y
o
′
)通过以下方式计算：其中，x
d1
为切缝端点d1的横坐标且x
d1
＝-l
11
sinγ1，x
d2
为切缝端点d2的横坐标且x
d2
＝l
12
sinγ2，y
d1
为切缝端点d1的纵坐标且y
d1
＝l
11 cosγ
1-h，y
d2
为切缝端点d2的纵坐标且y
d2
＝l
12
cosγ
2-h，l
11
为所述切缝端点d1与第一应变测点p1的距离，l
12
为切缝端点d1与第二应变测点p2的距离，h为第一应变测点p1与第二应变测点p2的距离的一半，γ1为原始坐标系下第一应变测点p1和切缝端点d1的连线与y轴之间的夹角，γ2为原始坐标系下第一应变测点p1和所述切缝端点d2的连线与y轴之间的夹角。7.根据权利要求3-6中任意一项所述的单缝法应力测试中切缝偏位确定方法，其特征在于，所述步骤s55中，所述切缝偏角θ为：其中，sgn()表示符号函数且y
d1
为切缝端点d1的纵坐标且y
d1
＝l
11
cosγ
1-h，y
d2
为切缝端点d2的纵坐标且y
d2
＝l
12
cosγ
2-h，arccos(
·
)为反余弦函数，l
11
为所述切缝端点d1与第一应变测点p1的距离，l
12
为切缝端点d1与第二应变测点p2的距离，h为第一应变测点p1与第二应变测点p2的距离的一半，a为切缝端点d1与切缝端点d2的距离的一半。

技术总结

本发明公开了一种单缝法应力测试中切缝偏位确定方法，单缝法应力测试中切缝偏位确定方法包括：S1：对待测工件进行切缝操作并确定应变测点，其中，应变测点包括第一应变测点P1和第二应变测点P2；S2：根据P1和P2的连线的中点为原点O建立原始坐标系xoy；S3：根据切缝长边两端点的连线的中心为原点O'建立偏位坐标系x'o'y'；S4：测量切缝长边两端点至应变测点的多个距离数据；S5：根据多个距离数据，计算得到原始坐标系的x轴和偏位坐标系的x'轴之间的切缝偏角以及偏位坐标系原点在原始坐标系下的切缝移位坐标。本发明能够提高切缝偏位确定的精度和效率。精度和效率。精度和效率。

技术研发人员：

顾颖 刘光焰 古松 杨奇灵 孔超 杨莉琼 宋静瑜 余思宇 张崧

受保护的技术使用者：

四川振通检测股份有限公司

技术研发日：

2022.11.29

技术公布日：

2023/3/24