由于焊接殘余應力的重要性，尋找一種方便、準確的測量方法一直是科研和工程界追求的目標.近年來興起的壓痕應變法是根據(jù)壓痕誘導獲得的應變變量信息(稱為應變增量)，通過分析推導，利用胡克定律而獲得構件殘余應力的一種幾乎無損的應力測試方法. 從破壞角度出發(fā)，它優(yōu)于世界通用的鉆孔應變法和全釋放應變法，測試后僅留下大約0.2 mm的微小壓痕，基本不會影響構件的表面狀態(tài)，亦不會產生應力集中. 而從測試的準確性出發(fā)，它本身只是壓痕引起的應變變化，是一個宏觀的不依賴于材料微觀組織的變化量，只與構件中的應力水平有關，所以準確度只和測試者的水平和應力測量系數(shù)的標定結果有關[1].
壓痕應變法由陳亮山等人[2]率先提出，經過研究發(fā)展[3-6]，迅速在科研和工程中得到應用. 其理論基礎可以歸結為兩條基本規(guī)律.(1)在相同的殘余應力場中，主應力方向上距壓痕中心固定距離處產生的應變增量與球形壓痕直徑成正比. (2)相同尺寸的壓痕直徑，在主應力方向上產生的應變增量與殘余主應變成正比. 依據(jù)第2條規(guī)律，在施加不同應力水平的標定試板上，通過粘貼應變片和制造相同大小的壓痕，就可以獲得應變增量和彈性應變的對應關系，即壓痕應變法標定曲線. 通過該標定曲線獲得的應力計算常數(shù)，用于測試該類型材料構件中的殘余應力. 所以，標定曲線也就是應力計算常數(shù)的獲得是壓痕應變法測試殘余應力準確與否的關鍵因素.
目前，標定曲線的獲得主要通過試驗標定的方法. 所用的標定試板須要無應力狀態(tài)，即標定前要對試板進行消除應力處理，試板的應力狀態(tài)直接影響標定結果的準確性和穩(wěn)定性. 同時，為滿足加載條件，試板尺寸也有相應要求，對于無法提供符合條件的標定試板，標定試驗無法完成. 文獻[7-10]曾采用模擬計算的方法對某種特定材料的標定結果進行過研究，獲得了一些成果. 但是，鑒于模型的局限性，有關結論還不能用于其它類型的材料. 文中在以上研究工作的基礎上，建立了可以準確獲得大部分金屬材料標定曲線的通用模型，并與試驗結果進行了比對分析.
模型的建立充分考慮了形成壓痕的尺寸效應，良好的接觸狀態(tài)，準確的壓痕形狀，較為經濟的運算速度. 經過反復試算，最終確定的模型大小為48 mm × 48 mm × 4 mm，壓痕周圍區(qū)域單元較為密集，最小單元尺寸為 0.04 mm × 0.03 mm × 0.004 mm.因為壓頭和試板均為對稱結構，故可取1/4建立有限元標定模型進行計算，見圖1所示.
壓痕應變法采用的是沖擊加載的壓入過程，所以數(shù)值模擬分析時壓痕塑性區(qū)應采用相應應變速率下的材料壓縮曲線，即應該考慮應變速率對材料本構模型的影響. 設備壓頭初始沖擊速度v約為3 m/s，假定壓入深度0.2 mm，產生的最大塑性應變?yōu)?.02 ～ 0.2，壓入過程持續(xù) 0.1 ms[9]，則壓頭附近塑性區(qū)材料的最大應變率為 1 × 102 ～ 1 × 103 s-1. 此應變率下的大多數(shù)材料均會發(fā)生強化現(xiàn)象. 試驗表明，對于低合金鋼Q345和不銹鋼316L兩類典型材料，其準靜態(tài)拉伸和壓縮曲線如圖2所示. 可以看出，Q345的性能曲線幾乎重合，但316L相差明顯.
在歷代儒家代表人物中，對人才的任用方法論述得最全面的要算宋代的王安石的用人觀，可以概括為“使之當”，認為用人揚長避短，就會事半功倍。因此，對學校人力資源的管理要重視知人所長，充分發(fā)揮其特長，“當其所能”，避人所短，或補人之短，使其互相配合，才能避免耽誤工作，誤人子弟，才有利于學校整體工作的順利開展。
圖1 有限元標定模型
Fig.1 Finite element model for calibration
圖2 Q345 和 316L 的拉伸和壓縮曲線
Fig.2 Quasi-static tensile and compression curves of Q345 and 316L
對于每種材料而言，要想獲得中等應變率下的真應力-應變壓縮曲線難度很大，即使采用準靜態(tài)壓縮曲線也不如常規(guī)拉伸曲線容易得到. 實際上，除了奧氏體不銹鋼等少數(shù)斷裂延伸率較大、應變硬化能力較強的材料，對于大多數(shù)延性金屬材料，拉伸和壓縮性能比較接近. 另一方面，為保證模擬得到的無應力下的應變增量與標定值相符，壓入載荷需要根據(jù)不同材料進行動態(tài)調整，在此壓力調整過程中，至少已部分地將材料的壓縮動態(tài)響應特性包含其中.
還要指出的是，由于壓痕應變法針對的是材料彈性區(qū)的應變響應，所以材料的彈性性能非常重要. 傳統(tǒng)拉伸或壓縮獲得的條件屈服極限Rp0.2由于材料中殘留了0.2%的塑性應變，可能對壓痕外彈性區(qū)的應變分布產生一定影響. 理論上，對于沒有明顯屈服平臺的材料，如鋁合金、奧氏體不銹鋼等，采用彈性極限代替條件屈服極限Rp0.2將更為準確.
在壓入過程的邊界條件設置中，文獻[8-9]對壓頭采用了位移控制，即假定壓頭的下壓深度不變，研究壓痕所致的各項結果. 文獻[10]則采用了動載方式，給壓頭賦予不變的初速度和能量，分析各項力學性能參數(shù)對壓痕結果的影響. 但這兩種方法由于模型缺陷導致獲得的結果并不能應用于其它類型的材料. 文中采用力控制壓頭的加載方式，以各種材料無應力狀態(tài)下試驗獲得的應變增量為依據(jù)，動態(tài)確定不同材料模擬標定時的壓頭載荷，最終計算出各種應力水平下的應變增量，獲得完整的應力計算常數(shù)用標定曲線.
試驗標定曲線的獲得采用三點彎曲方式加載，通過粘貼專用型號的應變片，按照文獻[11]的要求，獲得各種應力水平下的應變增量. 三點彎曲加載是在一定條件下可接近單向拉伸或壓縮狀態(tài)并易于進行試驗標定的一種方式，在單向拉伸或壓縮加載難以實現(xiàn)的情況下，可以很好的滿足標定試驗的要求[12]. 以下給出具有代表性的幾種材料試驗標定和數(shù)值模擬結果，包括低碳鋼Q235，低合金鋼Q345，低合金高強鋼Q690，奧氏體不銹鋼316L，鋁合金7N01，結果如圖 3 ～ 圖 7 所示. 圖中縱坐標 Δε為應變增量，橫坐標εe為施加的彈性應變.
絲黑穗病：播前種子處理，用藥劑處理種子是綜合防治中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。方法有拌種、浸種和種衣劑處理三種。藥劑防治必須選擇內吸性強、殘效期長的農藥，三唑類殺菌劑拌種防治玉米絲黑穗病效果較好，大面積防效可穩(wěn)定在60%～70%。
圖3 Q235 鋼的標定曲線
Fig.3 Calibration curve of Q235
圖4 Q345 鋼的標定曲線
Fig.4 Calibration curve of Q345
圖5 Q690 鋼的標定曲線
Fig.5 Calibration curve of Q690
圖6 316L 不銹鋼的標定曲線
Fig.6 Calibration curve of 316L
圖7 7N01 的標定曲線
Fig.7 Calibration curve of 316L
從圖3 ～ 圖7中可以看出，根據(jù)模擬方法得出的決定應力計算常數(shù)的應變增量和彈性應變的關系曲線和試驗標定結果符合度很好，大部分數(shù)據(jù)幾乎一致. 相反，由于試驗過程的重復性和穩(wěn)定性誤差，數(shù)據(jù)表現(xiàn)得較為分散. 一旦個別高應力下的標定值發(fā)生偏差，就可能給標定數(shù)據(jù)的擬合結果帶來較大誤差，從而影響應力計算常數(shù)的準確確定.
從數(shù)值模擬和試驗標定結果的對比分析可以發(fā)現(xiàn)，低碳鋼Q235、低合金鋼Q345和鋁合金7N01三種材料符合度最好，幾乎沒有差別. 低合金高強鋼Q690稍有分散，而奧氏體不銹鋼316L的主要偏差發(fā)生在彈性應變接近拉伸屈服應變附近.
分析表明，試驗標定過程中，標定數(shù)據(jù)產生誤差的因素主要有以下幾個方面. (1)標定試板材料中是否存在殘余應力，試驗要求標定用試板應該是無應力狀態(tài)，但是即使是較高溫度、較長保溫時間下的退火處理，也很難獲得零值的均勻無應力試板，所以試驗時一般認為殘余應力小于±50 MPa即可滿足標定要求. (2)屈服極限問題，標定時最大外加應力不容許超過材料的屈服強度，一般設為其0.9倍. 但是，由于屈服強度精確值的確定比較困難，有時給出的是條件屈服極限，可能還要受到消除應力退火軟化的影響，使得高應力條件下標定加載時材料表面有可能產生殘余塑性變形. (3)標定過程的常規(guī)試驗誤差，包括試板表面處理，應變片粘貼，壓痕打擊精度等.
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對于圖5來說，兩者相差的主要原因應與材料中存在一定的殘余應力有關. Q690強度很高，(600 ～650 ℃) × 2 h的普通熱處理制度難以獲得完全無應力的試板，若其中殘留一些應力，就會出現(xiàn)圖5中的分布規(guī)律. 至于圖6中高拉伸應變下試驗和模擬出現(xiàn)偏差較大的情況，最大可能在于此時標定材料加載時進入了表面屈服(可能原因或因彈性極限較低，或因疊加了部分熱處理后的殘余拉應力)，導致進入塑性狀態(tài)的材料應變增量不再隨施加的彈性應變增大而出現(xiàn)規(guī)律性增加的結果.
(1) 以不同材料無應力狀態(tài)下獲得的應變增量試驗數(shù)值為依據(jù)，基于傳統(tǒng)拉伸性能曲線，動態(tài)確定壓入載荷大小，以此獲得壓痕應變法應力計算常數(shù). 數(shù)值模擬結果與試驗標定結果相比，規(guī)律完全一致，數(shù)據(jù)符合程度很高，證明了模型的合理性和實用性.
(2) 影響應力計算常數(shù)試驗標定精度的因素很多，控制不當往往會造成數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大分散，影響結果的穩(wěn)定性和準確性. 采用合理的有限元數(shù)值模擬技術，可以完全避免上述缺陷.
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(3) 和試驗相比，某些材料的模擬數(shù)值出現(xiàn)少許偏離，主要原因來自于試驗標定過程，可能與材料表面存在殘余應力或標定過程中彈性極限控制不當有關.
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