残余应力沿深度分布测试仪的研制

残余应力及其沿深度方向分布的测试一直是实验固体力学研究的难点和热点。因为残余应力的成因很复杂，造成它的大小及分布也非常复杂，尤其是沿深度方向。. 钻孔测试残余应力是最常见的方法，美国ASTM专门制订了电阻应变花结合钻孔测量残余应力及其沿深度分布的标准。由于电阻应变花在测量钻孔过程的释放应变存在难以克服的缺陷，限制了该方法的测量精度。. 本项目应用自己已经研制成功的光栅应变花替代电阻应变花，结合云纹干涉技术，在每次钻孔中可以得到三个独立的线应变场。既可以满足钻孔法测试残余应力沿深度方向分布所需的三个线应变，又能够解决电阻应变花方法中的钻孔定位问题、平均应变问题和钻孔所产生的附加变形问题，能够比较准确地测量每次钻孔时所释放的应变，从而提高残余应力及其沿深度方向的分布。

按照申请书的预定研究内容和目标，研制成功一套残余应力沿深度分布测试仪，实现沿深度方向残余应力分布的测试。该仪器采用面内三方向云纹干涉技术，结合钻孔方法，通过测量每次钻孔后所释放残余应力带来的变形确定对应的残余应力大小和方向。. 本项目所研制的立式三方向面内云纹干涉仪属于国内外首创，它能够在同一平面内形成0°、45°和90°三个方向互相独立的干涉条纹。当被测试件发生变化时，便形成三个对应的位移场，对这三个位移场沿各自方向求导即可得到三个方向的线应变。这三个方向上的线应变即钻孔法测试残余应力所需的。同时采用立式布置各个光学元器件，抗干扰能力强，稳定性、一致性好。. 在测量的三个光路方向上均装有PZT相移器，相移精度高，可实现条纹最小λ/20的微小相移量，通过相移与位移的关系算法可计算应变、应力值，从而实现测量结果的数字化。. 作为本项目主要硬件之一的钻孔装置，采用高精密的滚珠丝杠和步进电机控制，开发一种可编程控制的、高精度的钻孔系统。 钻孔位置定位误差小于10μm，钻孔深度误差小于5μm。. 另外，该仪器可以作为独立的云纹干涉仪，能够适用于200-1200lines/mm的光栅进行单方向、两个方向和三个方向的云纹干涉测量。. 本项目所研制仪器的主体部分已经申请公开了2项专利，发表相关论文18篇，培养毕业2名研究生，6名在读。