Determination of residual stresses by an optical correlative hole-drilling method

Abstract

ABSTRACT--In conjunction with the incremental hole-drilling method, a new evaluation procedure is presented for determining the residual stress state in components. In contrast to the classical method, the whole displacement field around the drilled hole is measured using the electronic speckle pattern interferometry technique. The displacement patterns, measured without contact to the surface, are then correlated with those obtained by finite-element simulations using statistical methods. The simulated displacement patterns, used for calibration purposes, result from the application of properly defined basic loads. In this way, the values and the orientation of the residual stresses can be determined by superposition of these properly scaled and shifted basic loads. Even complex states of stress can be evaluated. The theoretical background and experimental results are presented.

Comparação entre difração de raios X e "método do furo cego" para medição de tensões residuais em barras cilíndricas

“…Objetivou-se a utilização da fresa de menor diâmetro para a etapa de trefilação devido aos resultados apresentados pelas técnicas de difração de raios X e hole-drilling mostrados na Figura 8 não estarem coerentes. A utilização de uma fresa de menor diâmetro evita a plastificação da borda do furo conforme também mostrado via elementos finitos por Focht [16]. Foch afirma em seus estudos que após uma zona de aproximadamente 1,9 vezes o diâmetro do furo os efeitos da plastificação sejam mínimos.…”

“…As tensões residuais medidas pelo método de hole-drilling ultrapassaram o limite de escoamento do material que é próximo de 650MPa. Estas discrepâncias de resultados também já foram observadas por outros pesquisadores [10,11,16,17,18]. Na Figura 12 são mostrados os resultados obtidos por Yoshihisa [18] em cordões de solda, observa-se que também houve diferenças de até 300MPa nas medições obtidas pelo método do furo cego (hole drilling) comparadas com as medições de difração de raios X.…”

“…Porém de acordo com a teoria formulada por Hampton & Nelson [17] e Focht & Schiffner [16] explicando os motivos desta incoerência de resultados, para resolver este problema este estudo propõe a utilização de uma fresa com diâmetro menor ao utilizado, eliminando desta forma os efeitos detectados pelo "strain gage" devido à deformação plástica superficial causada pelas tensões aliviadas pelo furo. Desta forma observaram-se valores satisfatórios de tensões residuais nas barras trefiladas, conforme exibidos nas Figuras 9 e 10 mostrando a coerência desta medida em relação à técnica de difração de raios X. Na Figura 9 observa-se o nível de tensões residuais longitudinais em função da profundidade, apresentado nas etapas de pré-endireitamento, jateamento e trefilação medidos pelo método do furo cego e difração de raios X.…”

Residual Stress Measurement on a MEMS Structure With High-Spatial Resolution

“…2). From (9) we note that the distribution of stress depends on the normalized distance and, consequently, the affected stress region scales with , i.e., the hole size. Therefore, the spatial resolution of this method is directly related to the radius of the hole milled in the layer under study.…”

“…Unfortunately, mechanical or laser based material removal is restricted in size and so it is the placement of adequate strain gages on the surface of a small structure. In this sense, strain measurement techniques by interferometry [i.e., electronic speckle pattern interferometry (EPSI) technique] eliminated to a certain extend the need and thereby, the mechanical problems associated with the downscaling of strain gauging [9]. However, the extension of the hole-drilling method to a micron range requires the use of alternative tools.…”