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在许多工业钢结构应用中,残余应力的存在对结构的力学性能和寿命有着重大影响。本课题组提出压痕隆起量测量法不仅能获得残余应力的大小还可判断其方向。但是压痕法会对试件表面产生微损伤,其损伤程度依赖于压头尺寸,另外减小压头直径还能减小压痕法所施加的载荷,以期实现压痕仪器的小型化。因此,本文重点研究了不同布氏压头直径下压痕隆起量和残余应力的关系,并用压痕实验来验证有限元计算结果,标定出二维残余应力与压痕隆起量的关系。首先,本文对三种不同布氏压头尺寸?2 mm、?1 mm、?0.7 mm进行有限元仿真,在不同组合的单轴残余应力状态下进行大量的计算分析。单轴下总结出压痕最大隆起量和残余应力呈双线性的定量关系,随着压头直径变小,双线性的线性斜率变大,线性关系趋于平缓,得到残余拉应力使隆起量减少,残余压应力使隆起量增加的一般规律。其次,将X轴残余应力设为-100 MPa和100 MPa,Y轴残余应力在-200 MPa到200 MPa之间变化的不同组合的双轴残余应力状态,发现在此状态下压痕最大隆起量和残余应力双线性关系依然存在,并拟合出双线性的表达式。得出X轴方向的残余应力大于Y轴方向残余应力时,X轴方向最大隆起量大于Y轴方向的最大隆起量的结论。研究发现最大隆起量方向与平面最大主应力方向相同,给出了残余应力方向的判别依据。接着,本文设计和搭建了能提供单轴和双轴预应力的实验装置平台。为了减小试件的损伤程度,减小施加载荷,选用压头直径为1.0 mm的布氏压头。将布氏压头固定在万能试验机上,压头垂直于试件上表面并指向试件中心位置,施加载荷进行压痕实验。卸载后采用光学测量,分别用激光三角法装置逐点测量和激光共聚焦显微镜全场测量压痕表面最大隆起量。最后,文本将仿真计算结果和实验结果进行分析对比。实验结果和仿真计算结果具有一致性,得出了在不同压头尺寸下压痕隆起量和二维残余应力的定量关系。