某柴油機(jī)是由Inconel 713 LC合金材料澆注而成，在工作期間葉片出現(xiàn)了裂紋甚至斷裂現(xiàn)象，經(jīng)過勘察后發(fā)現(xiàn)殘余應(yīng)力是其發(fā)生裂紋的因素之一。為了進(jìn)一步分析柴油機(jī)葉片裂紋產(chǎn)生的原因，生產(chǎn)廠家找到南京聚航，希望我們能夠?qū)θ~片進(jìn)行殘余應(yīng)力測量試驗(yàn)，為結(jié)論提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

殘余應(yīng)力測量方案

殘余應(yīng)力測量方法可分為機(jī)械釋放測量法和非破壞無損傷測量法兩大類。針對柴油機(jī)葉片的實(shí)際情況，聚航科技選擇分割切條釋放法。此方法基本思路是在垂直于要測量的殘余應(yīng)力方向，用機(jī)械切割的方法把構(gòu)件切成窄條，用電阻應(yīng)變儀對切割前后構(gòu)件的應(yīng)變進(jìn)行測試，并由釋放的應(yīng)變和材料的本構(gòu)關(guān)系即可得到構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)。

在本次試驗(yàn)中，選擇2個(gè)葉片進(jìn)行殘余應(yīng)力測量。根據(jù)柴油機(jī)葉片的開裂情況，選定切割方向垂直于開裂方向，亦即垂直于渦輪的半徑方向。儀器采用JHYC-16切割法應(yīng)力測量系統(tǒng)，考慮到葉片截面上應(yīng)力梯度可能較大，宜選用柵長較短的電阻應(yīng)變片，敏感柵長度為0.2mm，沿葉片橫截面均勻布置8枚應(yīng)變片。由于在線切割過程中要用冷卻液對切割部位進(jìn)行冷卻，所以對電阻應(yīng)變片要進(jìn)行防水處理，具體做法是在電阻應(yīng)變片及其連接部位均勻涂抹705硅橡膠（室溫固化）。

測試結(jié)果及分析

切割完畢待葉片溫度場完全穩(wěn)定后，讀取各測點(diǎn)的應(yīng)變值，并根據(jù)下式計(jì)算應(yīng)力：

σ=-E*Δε（1）

式中：σ為釋放的殘余應(yīng)力；

E為材料的彈性模量，參照Inconel 718取220Gpa；

Δε為切割后測點(diǎn)的應(yīng)變值與切割前的應(yīng)變值之差。

表1和表2分別為測試葉片A和B的測試結(jié)果，殘余應(yīng)力的分布圖如下。

從以上測試結(jié)果可以看出：

1. 測試得到的殘余應(yīng)力基本滿足自平衡的特點(diǎn)，因此測試結(jié)果是合理的。

2. 在葉片A和葉片B中殘余應(yīng)力的分布規(guī)律基本相同，即葉片邊緣為殘余壓應(yīng)力，中間為拉應(yīng)力。

3. 葉片A的殘余應(yīng)力比葉片B的大，*大壓應(yīng)力為-194.4Mpa，*大拉應(yīng)力為77.4Mpa。實(shí)際上，由于切割的位置離粘貼應(yīng)變片的位置存在一定距離，測試得到的應(yīng)變值小于切割處實(shí)際釋放的應(yīng)變，因此可以推斷葉片根部實(shí)際的殘余應(yīng)力比測試的結(jié)果還要大。

4. 根據(jù)測試結(jié)果可以知道殘余應(yīng)力過大是葉片產(chǎn)生裂紋甚至斷裂的主要原因之一。