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金属材料 残余应力测定 钻孔应变法 GB/T 31310-2014

发表时间：2026-01-20 访问量： 来源：中翔检测 分享:

范围与适用对象

标准规定了采用钻孔法测定金属材料各向同性线弹性材料近表面残余应力的试验概述、测量设备等内容。适用于测量金属材料面内应力梯度较小的应力状态，可测定残余应力沿深度方向近似为常数或有明显变化的情况，只能测定所钻孔洞边界内局部残余应力大小。

方法原理

通过在被测金属材料表面粘贴应变花，然后在应变花中心钻孔，使孔周边的残余应力释放，产生应变变化。通过测量该应变变化，代入特定公式计算残余应力，如公式 σ1=4AE (ε1+ε3)+4BE (ε1−ε3) 2+(2ε2−ε1−ε3) 2，其中 ε1、ε2、ε3 为三向应变，A、B 为释放系数，E 为弹性模量。

术语和符号

标准对相关术语进行了定义，如应力标定常数是联系残余应力和释放应变的比例系数，与电阻应变计几何尺寸等有关；释放应变是钻孔前后应变的变化量等。同时给出了一系列符号及其说明，如用 σ 表示应力，ε 表示应变等。

测量设备要求

应变花需满足高精度要求，分辨率优于 ±1×10⁻⁶，且能稳定粘贴。钻孔装置要保证孔径在 1.5-3.0mm，孔深通常为孔径的 1.2 倍左右的精度，推荐高速钻以减少加工应变干扰。数据采集系统需实时记录应变变化，误差控制在 ±1% 以内。

测量步骤

工件测点应选在平坦表面，避开工件边缘等。钻孔前需清洁表面，确保应变片粘贴质量。钻孔过程中需保持恒定进给速度，防止振动产生附加应变。

应力计算常数的标定

可通过理论计算，基于有限元分析如柯西公式确定标定常数，适用于高速钻加工应变可忽略的场景。也可通过实验标定，即单向应力场加载试验获取实际材料的标定常数，适用于低速钻加工应变显著的情况。

测量误差的修正

孔深不足会导致应变释放不完全，需通过标定曲线修正。钻孔过程中的热变形或塑性变形等产生的附加应变，需通过空载试验扣除。应变片灵敏系数需定期校准，误差需≤0.5%。

精度和偏差

标准对测量精度和偏差相关内容进行了规定，通过合理选择测量方法、准确标定应力计算常数等措施，可使该方法测量误差控制在一定范围内，通常结合标定技术可实现 ±5% 以内的应力测量误差。

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