尚 倫 劉 冬 李榮鋒 杜麗影 鄺蘭翔

（武鋼有限技術(shù)中心 湖北 武漢：430080）

殘余應(yīng)力是金屬材料在鑄造、切削、焊接、熱處理等過(guò)程中產(chǎn)生的，存在于金屬構(gòu)件內(nèi)部且保持平衡的內(nèi)應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在對(duì)金屬材料的疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性、抗應(yīng)力腐蝕能力、尺寸穩(wěn)定性和使用壽命有著十分重要的影響。殘余應(yīng)力的測(cè)試方法主要有物理方法（X射線衍射法、電磁法、超聲法等）和機(jī)械方法（鉆孔應(yīng)變法、全釋放應(yīng)變法、壓痕應(yīng)變法等）。其中壓痕應(yīng)變法作為一種新型殘余應(yīng)力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)，因其精度高、數(shù)值可靠、操作簡(jiǎn)便、設(shè)備成本低廉和近乎無(wú)損等優(yōu)點(diǎn)得到了越來(lái)越多的工程應(yīng)用，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

1 壓痕法測(cè)量殘余應(yīng)力的基本原理

在平面應(yīng)力場(chǎng)中，壓入球形壓痕產(chǎn)生的材料流變會(huì)引起受力材料的松弛變形，與此同時(shí)，由壓痕自身產(chǎn)生的彈塑性區(qū)及其周圍的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)在殘余應(yīng)力的作用下也要產(chǎn)生相應(yīng)變化。這兩種變形行為的疊加所產(chǎn)生的應(yīng)變變化量稱之為疊加應(yīng)變?cè)隽?。利用球形壓痕誘導(dǎo)產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)隽壳蠼鈿堄鄳?yīng)力的方法就叫做壓痕應(yīng)變法。

研究表明，一定尺寸的球形壓痕在殘余應(yīng)力場(chǎng)中產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)隽颗c彈性應(yīng)變之間存在確定的多項(xiàng)式關(guān)系［1］，即可以將應(yīng)變?cè)隽喀う排c彈性應(yīng)變?chǔ)舉的關(guān)系用公式（1）表示為：

圖1 壓痕法基本測(cè)試原理

式中：B—零應(yīng)力下的應(yīng)變?cè)隽?；A1、A2、A3—多項(xiàng)式常數(shù)，由標(biāo)定曲線確定。

壓痕應(yīng)變法采用電阻應(yīng)變花作為測(cè)量敏感元件，在應(yīng)變柵軸線中心點(diǎn)通過(guò)機(jī)械加載制造一定尺寸的壓痕（見(jiàn)圖1），通過(guò)應(yīng)變儀記錄應(yīng)變?cè)隽繑?shù)值，利用事先對(duì)所測(cè)材料標(biāo)定得到的彈性應(yīng)變與應(yīng)變?cè)隽康年P(guān)系得到殘余應(yīng)變的大小，再利用胡克定律求出殘余應(yīng)力。

2 壓痕法殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓痕法殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)由無(wú)線應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)三大部分組成。其中，無(wú)線應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由多個(gè)無(wú)線應(yīng)變數(shù)據(jù)采集模塊組成。無(wú)線應(yīng)變數(shù)據(jù)采集模塊以電阻應(yīng)變片為敏感元件，測(cè)出壓痕制造部位的應(yīng)變?cè)隽繑?shù)值。應(yīng)變信號(hào)經(jīng)放大濾波后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由無(wú)線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊，然后發(fā)送到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)依據(jù)國(guó)標(biāo)GB／T24179－2009《金屬材料 殘余應(yīng)力測(cè)定 壓痕應(yīng)變法》完成對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)、和計(jì)算等任務(wù)。壓痕法殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體框圖

3 壓痕法殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件框圖如圖3和圖4所示，主要由無(wú)線應(yīng)變數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)接收模塊組成。

圖3 無(wú)線應(yīng)變數(shù)據(jù)采集模塊

圖4 數(shù)據(jù)接收模塊

應(yīng)變片將壓痕產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)隽哭D(zhuǎn)換為其阻值的變化，應(yīng)變片、補(bǔ)償應(yīng)變片和120Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻組成直流電橋作為測(cè)量電路，無(wú)線應(yīng)變數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)電橋提供穩(wěn)定的供橋電壓。用單片機(jī)控制數(shù)字電位器對(duì)電橋自動(dòng)平衡，橋路調(diào)平衡后，橋路輸出電壓經(jīng)過(guò)低通濾波后由自帶低噪聲儀用放大器的高精度、低功耗24位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，再由單片機(jī)控制無(wú)線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

接收模塊中，首先由單片機(jī)對(duì)無(wú)線模塊進(jìn)行初始化配置，無(wú)線模塊接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，最后再通過(guò)UART－USB接口發(fā)送給計(jì)算機(jī)。

3．1 無(wú)線測(cè)試系統(tǒng)發(fā)送模塊硬件設(shè)計(jì)

3．1．1 電源模塊設(shè)計(jì)

穩(wěn)定的電源對(duì)系統(tǒng)性能的可靠性和精度具有重要的影響，本設(shè)計(jì)采用低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）ASM1117，LDO電源芯片穩(wěn)壓后的電源，經(jīng)過(guò)電容和磁珠的濾波，獲取了穩(wěn)定的3．3V和5．0V供電電源。另外，在設(shè)計(jì)中將模擬電路系統(tǒng)與MCU等數(shù)字電路系統(tǒng)的工作電源分離，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)供電，避免數(shù)字系統(tǒng)電流波動(dòng)對(duì)模擬電路系統(tǒng)造成影響，詳見(jiàn)圖5。同時(shí)，在PCB設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字地與模擬地的分離，降低了數(shù)字電路噪聲對(duì)模擬信號(hào)處理系統(tǒng)的影響。

圖5 電源模塊電路

3．1．2 穩(wěn)定供橋與基準(zhǔn)電壓電路設(shè)計(jì)

供橋電壓的穩(wěn)定性對(duì)測(cè)試精度有很大影響。本設(shè)計(jì)采用高精度、低噪聲、低漂移基準(zhǔn)電源REF5025提供2．5V基準(zhǔn)電壓，運(yùn)算放大器MCP6002和三極管S8050組成擴(kuò)流電路，經(jīng)過(guò)擴(kuò)流后的供橋電壓，反饋到運(yùn)放的反向輸入端形成閉環(huán)負(fù)反饋，獲得穩(wěn)定的2．5V供橋電壓；基準(zhǔn)電源REF5025的2．5V基準(zhǔn)電壓，通過(guò)由運(yùn)算放大器MCP6002組成的電壓跟隨器提高驅(qū)動(dòng)能力和降低噪聲，輸出供高精度A／D使用的電壓基準(zhǔn)2．5VREF，詳見(jiàn)圖6。

3．1．3 自動(dòng)平衡電橋模塊設(shè)計(jì)

圖6 供橋與基準(zhǔn)電壓電路

應(yīng)變測(cè)量采用圖7所示的測(cè)量橋路，其中R1、R2分別為測(cè)試應(yīng)變片和溫度補(bǔ)償片，R3、R4為120Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻，精度為±0．1%。電位器P0和電阻R0組成平衡調(diào)節(jié)電路，通過(guò)調(diào)節(jié)P0達(dá)到電橋平衡。本設(shè)計(jì)中P0采用Xicor公司生產(chǎn)的高精度數(shù)字電位器X9C104，其具有100個(gè)滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)、超低功耗、三線控制接口，與單片機(jī)配合可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)［2］?；瑒?dòng)節(jié)點(diǎn)的位置由INC、U／D和CS三個(gè)輸入端控制，滑動(dòng)位置可存儲(chǔ)于非易失性存儲(chǔ)器中。VH、VL為電位器的電阻引出端，VW為滑臂引出端。數(shù)字電位器采用集成電路工藝生產(chǎn)，具有良好的線性和穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存、體積小、壽命長(zhǎng)、抗振動(dòng)，由單片機(jī)控制可實(shí)現(xiàn)電橋的自動(dòng)平衡，其高可靠性使工作穩(wěn)定性得到了保證。

圖7 電橋平衡電路

3．1．4 高精度A／D模塊設(shè)計(jì)

A／D模塊芯片的選用和電路設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度影響至關(guān)重要。本設(shè)計(jì)選用高精度、低功耗24位Sigma－Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片CS1237，芯片集成了1路差分輸入，提供了一個(gè)低噪聲、低漂移的PGA放大器與橋式傳感器差分輸入連接，通過(guò)低噪聲儀用放大器實(shí)現(xiàn)PGA放大，PGA＝128時(shí)，有效分辨率可達(dá)20位。CS1237內(nèi)置RC振蕩器，無(wú)需外置晶振。

MCU可以通過(guò)2線的SPI接口SCLK、DRDY／DOUT與CS1237進(jìn)行通信，對(duì)配置寄存器Config進(jìn)行配置，比如通道選擇、是否使用外部基準(zhǔn)、PGA選擇、ADC數(shù)據(jù)輸出速率選擇以及數(shù)據(jù)的接收等。CS1237輸出的數(shù)據(jù)為24位的2進(jìn)制補(bǔ)碼，最高位（MSB）最先輸出，最小有效位（LSB）（0．5VREF／Gain）／（223－1）。為了保證CS1237的穩(wěn)定工作和精度，對(duì)芯片采取了單獨(dú)供電，并在信號(hào)輸入端設(shè)計(jì)了濾波電路，模塊電路如圖8所示。

圖8 A／D模塊電路

3．1．5 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，無(wú)線應(yīng)變數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)接收模塊之間的通信都由以nRF24L01射頻芯片為核心的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊完成。

該芯片工作在2．4G通用ISM頻段，內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，最高傳輸速率2Mb／s，126個(gè)頻點(diǎn)可供選擇，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信的需要，片內(nèi)生成報(bào)頭和CRC校 驗(yàn) 碼，具 有 出 錯(cuò) 自 動(dòng) 重 發(fā) 功 能［3］。nRF24L01使用SPI接口與MCU進(jìn)行通信，輸出功率、通信地址、頻道選擇和工作頻率等所有工作參數(shù)都可以通過(guò)SPI接口進(jìn)行編程設(shè)置?？梢酝ㄟ^(guò)編程設(shè)置最多40bit地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)。芯片采用SoC設(shè)計(jì)只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路。在模塊中，nRF24L01芯片的IRQ、CE、CSN、MOSI、MISO和SCK分別與單片機(jī)的P3．2、P1．3～P1．7口相連，如圖9所示。

圖9 nRF24L01無(wú)線模塊電路

3．1．6 微處理器

微處理器選用STC12C5A60S2，它是STC公司生產(chǎn)的單時(shí)鐘／機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速／低功耗／超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8－12倍，內(nèi)部集成專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位AD轉(zhuǎn)換器，1280字節(jié)RAM，內(nèi)部EEPROM功能，具有ISP（在系統(tǒng)可編程）功能，具有兩個(gè)通用全雙工異步串行口（UART）。

3．2 無(wú)線數(shù)據(jù)接收模塊硬件設(shè)計(jì)

無(wú)線接收模塊主要由nRF24L01芯片、STC15W404AS單片機(jī)和Uart－usb通信接口芯片CH340G組成。STC15W404AS單片機(jī)也是STC公司生產(chǎn)的增強(qiáng)型8051單片機(jī)，無(wú)須外部晶振，采用SOP16小封裝，節(jié)約PCB面積，低功耗、抗干擾能力強(qiáng)。在模塊中與nRF24L01芯片采用SPI通信，對(duì)其進(jìn)行各種配置和數(shù)據(jù)傳輸。

Uart－usb通信接口設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)采用USB轉(zhuǎn)串口芯片CH340G，該芯片是USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口，兼容USB 2．0，外圍元器件只需要晶振和電容。仿真標(biāo)準(zhǔn)串口。與計(jì)算機(jī)端Windows操作系統(tǒng)下的串口應(yīng)用程序完全兼容。形成硬件全雙工串口，內(nèi)置收發(fā)緩沖區(qū)，支持通訊波特率50bps～2Mbps。該設(shè)計(jì)可代替?zhèn)鹘y(tǒng)串口的連接方式，尤其適用于便攜式電腦等沒(méi)有傳統(tǒng)串口的場(chǎng)合使用。接口電路如圖10所示。

圖10 Uart－Usb接口電路

3．3 無(wú)線測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由應(yīng)變數(shù)據(jù)采集發(fā)送和無(wú)線數(shù)據(jù)接收程序兩部分組成。其中，數(shù)據(jù)采集模塊程序主要完成應(yīng)變信號(hào)采集處理、電橋自動(dòng)平衡、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)等功能；數(shù)據(jù)接收模塊對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送指令和收集數(shù)據(jù)并通過(guò)USB接口上傳到計(jì)算機(jī)。

3．3．1 應(yīng)變數(shù)據(jù)采集與接收程序

無(wú)線應(yīng)變數(shù)據(jù)采集和接收模塊程序流程圖如圖11所示，兩個(gè)模塊的數(shù)據(jù)通信由各自的nRF24L01無(wú)線模塊完成，nRF24L01無(wú)線模塊經(jīng)程序配置可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送功能。無(wú)線應(yīng)變數(shù)據(jù)采集模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)nRF24L01無(wú)線模塊、A／D轉(zhuǎn)換器CS1237、數(shù)字電位器X9C104的初始化、電橋的自動(dòng)平衡，對(duì)應(yīng)變數(shù)據(jù)的采樣和處理，并根據(jù)接收到的讀寫指令，將相應(yīng)的應(yīng)變值回傳給數(shù)據(jù)接收模塊，最終通過(guò)USB口進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

圖11 應(yīng)變數(shù)據(jù)采集程序流程圖

3．3．2 初始化配置nRF24L01

nRF24L01使用SPI接口與MCU進(jìn)行通信，初始化配置，主要是對(duì)其內(nèi)部25個(gè)字節(jié)的配置寄存器進(jìn)行設(shè)置，常用的配置寄存器地址及其功能見(jiàn)表1。

表1 nRF24L01常用寄存器配置功能表

要保證兩個(gè)芯片正常通信，需要滿足以下條件：·發(fā)射接收數(shù)據(jù)寬度相同（最大32個(gè)字節(jié)）

·發(fā)射接收地址相同（5個(gè)8位地址）

·發(fā)射接收頻道相同（0～125）

·發(fā)射接收速率相同（2M1M250K）

nRF24L01配置為接收模式時(shí)可以同時(shí)接收6路不同地址和相同頻率的數(shù)據(jù)［4］，每個(gè)數(shù)據(jù)通道擁有自己的地址并且可以通過(guò)寄存器來(lái)進(jìn)行分別配置。通過(guò)以上初始化配置，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收模塊對(duì)多個(gè)無(wú)線應(yīng)變采集模塊的數(shù)據(jù)傳輸需求。

3．3．3 配置高精度A／D轉(zhuǎn)換器CS1237

CS1237采用2線SPI串行通信，通過(guò)時(shí)鐘SCLK和DRDY／DOUT可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收以及功能配置。CS1237有一組長(zhǎng)度為7bits的寄存器Config，功能如表2。

表2 CS1237寄存器配置功能表

本設(shè)計(jì)將CS1237配置為Config＝0X4C，即使用外部基準(zhǔn)電源REF＝2．5V，輸出速率10Hz，PGA＝128，使用默認(rèn)通道A。當(dāng)SCLK從低電平變高電平并保持在高電平超過(guò)100μs，CS1237即進(jìn)入低功耗模式，這時(shí)會(huì)關(guān)掉芯片所有電路，功耗接近0。當(dāng)SCLK重新回到低電平時(shí)，芯片會(huì)重新進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

3．3．4 電橋自動(dòng)調(diào)平衡程序。

在電橋平衡調(diào)節(jié)過(guò)程中，采用與電橋平衡值最接近原則，用A／D輸出最小值作為平衡值，使電橋進(jìn)入一定誤差范圍內(nèi)的平衡態(tài)［5］。調(diào)平衡流程如圖12所示。

電橋調(diào)平衡時(shí)由單片機(jī)產(chǎn)生X9C104所需的控制信號(hào)。VH、VL和VW相當(dāng)于電位器的三個(gè)抽頭，CS為片選端，低電平有效，U／D控制調(diào)節(jié)方向，INC為調(diào)節(jié)脈沖輸入，下降沿有效，每來(lái)一個(gè)脈沖，X9C104的VW向VL（或VH）方向滑動(dòng)一檔，使初始的不平衡減小一檔，最終使電橋進(jìn)入平衡狀態(tài)。

圖12 電橋自動(dòng)調(diào)平衡流程

3．3．5 無(wú)線應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)定

為保證測(cè)試精度，采用北戴河蘭德科技有限責(zé)任公司的BZ2209－4型標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變模擬儀，對(duì)無(wú)線應(yīng)變測(cè)試模塊進(jìn)行標(biāo)定［6］。該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變模擬儀具有±9999με的標(biāo)定范圍，滿量程精度為±0．2με。可以完成電阻應(yīng)變儀讀數(shù)誤差、靈敏系數(shù)誤差的標(biāo)定工作。

通過(guò)標(biāo)定，無(wú)線應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)的精度可滿足誤差小于±1με的精度，數(shù)據(jù)測(cè)試、無(wú)線傳輸運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用Visual basic和Access數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)構(gòu)成，主要包括系統(tǒng)功能設(shè)置、檢測(cè)數(shù)據(jù)采集處理、檢測(cè)數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)、報(bào)告輸出等部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖13所示。完成應(yīng)變數(shù)據(jù)采集、計(jì)算標(biāo)定系數(shù)、形成不同材料的標(biāo)定系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，殘余應(yīng)力檢測(cè)時(shí)，可直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中不同材料的標(biāo)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

圖13 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4．1 材料數(shù)據(jù)標(biāo)定程序

GB／T24179－2009國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，殘余應(yīng)力測(cè)量之前，必須采用與被測(cè)材料相同的材料開(kāi)展標(biāo)定試驗(yàn)，以確定公式（1）中的標(biāo)定系數(shù)。

開(kāi)展標(biāo)定試驗(yàn)時(shí)，先用退火熱處理的方式消除內(nèi)應(yīng)力，并加工成一定尺寸的標(biāo)定用試驗(yàn)板，然后粘貼應(yīng)變片并固化1～4小時(shí)，然后用拉伸試驗(yàn)機(jī)施加拉伸和壓縮方向載荷。為了擬合出光滑的標(biāo)定曲線，至少選擇6個(gè)不同的應(yīng)力水平進(jìn)行標(biāo)定，比如：－0．3Rp0．2、0、0．3Rp0．2、0．5Rp0．2、0．7Rp0．2、0．9Rp0．2。每個(gè)應(yīng)力狀態(tài)至少標(biāo)定兩點(diǎn)。取得上述不同應(yīng)力水平的應(yīng)變?cè)隽繑?shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)繪制成如圖14所示的標(biāo)定曲線。橫坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)于外加應(yīng)力的彈性應(yīng)變?chǔ)舉，縱坐標(biāo)為壓痕應(yīng)變?cè)隽喀う拧?biāo)定過(guò)程即是用已知載荷施加在標(biāo)定試板上獲取確定的彈性應(yīng)變?chǔ)舉（殘余應(yīng)變），然后用特定壓痕制造系統(tǒng)在標(biāo)定試板上制造壓痕，獲取到不同彈性應(yīng)變?chǔ)舉（殘余應(yīng)變）對(duì)應(yīng)的壓痕應(yīng)變?cè)隽喀う?。最后根?jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)擬合出標(biāo)定曲線，并得到公式（1）中的標(biāo)定系數(shù)的過(guò)程。

圖14 標(biāo)定曲線

上述工作由無(wú)線應(yīng)變測(cè)試模塊測(cè)出壓痕應(yīng)變?cè)隽?，并上傳到?jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，由軟件系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量應(yīng)變數(shù)據(jù)擬合出標(biāo)定曲線和公式（1）中的材料標(biāo)定參數(shù)，并存儲(chǔ)在材料數(shù)據(jù)庫(kù)中備用。

4．2 殘余應(yīng)力檢測(cè)程序

壓痕法殘余應(yīng)力檢測(cè)過(guò)程主要有四個(gè)步驟：被測(cè)構(gòu)件的表面準(zhǔn)備、應(yīng)變片的粘貼、壓痕的產(chǎn)生、數(shù)據(jù)處理。壓痕產(chǎn)生后，由應(yīng)變測(cè)試模塊采集記錄壓痕產(chǎn)生前后的應(yīng)變差值（應(yīng)變?cè)隽浚?，在軟件系統(tǒng)中，調(diào)用標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)中相同材料的標(biāo)定參數(shù)，并自動(dòng)根據(jù)公式（1）和標(biāo)定曲線計(jì)算出相應(yīng)的殘余應(yīng)變，然后根據(jù)平面胡克定律計(jì)算殘余應(yīng)力，并將計(jì)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，待所有待測(cè)部位殘余應(yīng)力測(cè)量完畢后，可輸出相應(yīng)格式的檢測(cè)報(bào)告。

4．3 殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用

綜上所述，殘余應(yīng)力測(cè)試過(guò)程中，金屬材料的標(biāo)定試驗(yàn)和檢測(cè)相輔相成。由于金屬材料多種多樣，尤其是鋼板材料牌號(hào)眾多，合金成分、生產(chǎn)工藝各異，所以殘余應(yīng)力檢測(cè)之前必須完成標(biāo)定工作。本測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)軟件編程，把標(biāo)定工作和測(cè)試過(guò)程都集成到系統(tǒng)中，自動(dòng)采集、儲(chǔ)存、計(jì)算采集到的應(yīng)變信息，并將材料標(biāo)定數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，測(cè)試工作中遇到相同鋼種時(shí)，直接調(diào)用同鋼種的標(biāo)定數(shù)據(jù)即可。隨著材料標(biāo)定和檢測(cè)數(shù)據(jù)的增多，數(shù)據(jù)庫(kù)足夠豐富后，可以對(duì)材料標(biāo)定和檢測(cè)數(shù)據(jù)歸納總結(jié)，為生產(chǎn)工藝的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐。如某工程機(jī)械用鋼，主要用于起重機(jī)吊臂的生產(chǎn)，出廠板型較好，但在用戶分切加工過(guò)程中出現(xiàn)旁彎和翹曲問(wèn)題，吊臂加工時(shí)將鋼板折彎成槽型后，出現(xiàn)撓曲現(xiàn)象?？紤]是殘余應(yīng)力分布不均勻，用戶分切和折彎加工使內(nèi)應(yīng)力平衡被打破，殘余應(yīng)力得以釋放引起變形。針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)反復(fù)的殘余應(yīng)力測(cè)試和熱處理、矯直工藝的調(diào)整，得到了最優(yōu)的矯直工藝，問(wèn)題得以解決。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)做為上位機(jī)，無(wú)線應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)為下位機(jī)，以無(wú)線通信技術(shù)傳輸測(cè)試數(shù)據(jù)，體積小便于攜帶。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求采集、處理應(yīng)變數(shù)據(jù)，并將材料的標(biāo)定和測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)了殘余應(yīng)力測(cè)試過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化，提高了工作效率。隨著材料標(biāo)定和檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的逐漸豐富，可在金屬材料的生產(chǎn)、加工過(guò)程中發(fā)揮重要作用。