随着科技的不断发展,越来越多的重要构件投入使用。构件在加工成型过程中基本都会引入一定的残余应力,残余应力与工作应力叠加后容易引起构件的损坏变形。由于存在较为隐蔽且广泛存在,残余应力的测试研究一直以来都是材料性能监测领域中的研究热点。其中钻孔法是工程中应用最为广泛的残余应力测试方法,但目前这一方法仍存在一定的不足,如传统电传感器在一些恶劣环境下测试会受到限制,无法嵌入材料内部进行测量,难以组成分布式测量单元增加应变测点的数量。由于光纤传感器的优越性能,研究人员开始聚焦于基于光纤光栅的残余应力测试研究。本文在钻孔测试方法的基础上,提出基于光纤光栅的残余应力测试方法。结合仿真建立了波长漂移量-带宽关系式,对测量时光纤光栅的啁啾效应进行补偿,并通过实验验证了该补偿方式的有效性。通过改变传统的传感器布置方式将光纤光栅阵列作为分布式测量单元,增加了应变测点的数量,实现了对钻孔测试过程中材料的应变场及残余应力的测量。本文的研究内容主要包括以下几个方面:1.介绍并分析了钻孔法测试残余应力的基本原理及方法,结合光纤光栅的传感机理,提出基于光纤光栅传感器的钻孔测试材料残余应力的方法。对钻孔时的光栅时域信号进行分析,为保证得到有效的应变信息,对光栅的温度灵敏度进行标定。2.采用有限元仿真软件计算孔周围的应变梯度分布,并利用传输矩阵法计算该应变梯度下光栅的光谱啁啾情况,得到了光栅光谱带宽与中心波长漂移量的关系式,将其用于实验中啁啾光栅的波长漂移量补偿,证明通过该补偿方式可以降低由于光栅啁啾效应带来的测量误差。3.对非均匀残余应力释放情况下材料表面的应变分布进行仿真计算,证明通过测量应变可以反演孔壁的应力分布情况。基于切向应变测量,将原有残余应力计算公式进行修正并验证其有效性。设计并布置环式光纤光栅应变花,对钻孔测试时的应变分布及随时间的变化规律进行研究。采用多组光栅信号对残余应力进行计算并分析了计算结果及产生偏差的原因。实验及仿真结果表明,在钻孔法测试中利用光纤光栅传感器的光谱特性及分布式测量特点,可以减少测量误差而且能够较好地对钻孔测试时的应变分布进行监测。