摘 要

机械工件在铸造、切削、焊接、切削等加工处理过程中，所使用的材料中都会有残余应力产生。残余应力主要会产生以下两方面的负面影响：一是会降低工件强度，工件可能会有变形和开裂等工艺缺陷；二是在加工完成以后的自然释放过程中，使工件尺寸发生变化及降低其力学性能，导致工件的使用安全性下降。由此，考虑到工件的可靠性和安全性，对残余应力的研究就显得尤为重要。

本论文的研究对象为工业加工中常用的碳纤维薄板，采用测量残余应力的常用方法钻孔法，与现今广泛使用的虚拟仪器软件LABVIEW相结合，设计并实施了一种可以研究薄板在加工过程中残余应力特性的上下位机结合系统。所得结果对于碳纤维薄板这种有着特殊特性的材料在加工过程中残余应力的特性研究有着重要意义。

关键词：残余应力；碳纤维板；钻孔法；虚拟仪器

Abstract

Mechanical parts in the casting, cutting, welding, cutting and the other processing, the use of materials will have residual stress. Residual stress mainly produces the following two negative effects: First, it will reduce the strength of the work piece, the work piece may be deformation and cracking and other process defects; Second, after the completion of the natural release process, the work piece size changes and reduce its Mechanical properties, resulting in the use of the work piece to reduce the safety. Thus, taking into account the reliability and safety of the work piece, the study of residual stress is particularly important.

In this thesis，the research object is commonly used in industrial processing of carbon fiber sheet, the use of residual stress measurement method commonly used method, and now widely used virtual instrument software LABVIEW combination of the design and implementation of a sheet in the processing of residual Stress on the upper and lower machine combination system. The results of this study are of great significance for the study of the characteristics of residual stress in the process of carbon fiber sheet which has special characteristics.

Key words：residual Stress；carbon fiber board；drilling method；virtual mach

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究目的与意义 3

第2章 总体方案设计 4

第3章 硬件设计 5

3.1硬件测量部分 5

3.1.1传感器选型 5

3.1.2电阻应变片选型要求 5

3.1.3钻孔法原理 7

3.1.4操作过程 8

3.2硬件数据采集部分 9

3.2.1数据采集模块的选择 9

3.2.2数据采集模块的引脚分配 10

3.2.3 NI9237的采样频率 11

3.3本章小结 11

第4章 软件部分 13

4.1软件部分目标功能 13

4.2整体数据记录部分 13

4.3稳定值抓取部分 14

4.4应变应力转换部分 16

4.5本章小结 18

第5章 总结与展望 20

5.1总结 20

5.2展望 21

参考文献 22

致谢 24

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

碳纤维复合材料在现今包括机械、电子、航空航天等各个行业在内的制造领域内受到很广的应用，主要是因为它的比强度、比刚度好、结构易设计、疲劳性能好、不易腐蚀^[1]。随着复合材料在各个领域应用的广度和深度的不断提高，在加工制造和受载过程中，复合材料内部损伤的演生、传递、监测就自然而然地成为了关注点。其中，出于对安全性的考虑，残余应力由于对工件的工艺性和使用寿命的重要影响，成为了重点的监测对象。

测量残余应力有两大类方法：无损检测法和机械检测法^[2]。其中前者在监测的过程中可做到对待测件无创伤，后者则会对使工件产生破坏（全部或者部分），两者各有优缺点，。而盲孔法对工件破坏较小，一般被称为半无损法，是现在最广泛使用的检测残余应力的原理之一。盲孔法的优点有：钻孔的孔径不大，因而对工件的破坏性小，可检测数值范围较小的数据，可以极大范围地用在多种零部件和构件的实际检测中，对于梯度变化大一些的残余应力场也可应用^[22]。当然，盲孔法也有自身的缺点：由于盲孔法为部分释放，得到的数据精度较低；且无法得到内部应力数据，只能得到表面应力数据。盲孔法包括钻孔打孔法、喷孔打孔法、高速透平铣孔法等，其中钻孔法易于操作，设备简单，定位方便，容易学习，因而在工业，高校，各研究机构等应用十分广泛，有着十分重要的实际意义。

在测量残余应力之后，自然就会考虑到所测数据的采集和模数转换以及最终的上位机处理，基于现今虚拟仪器（Virtual Instrument简称VI）的快速发展，它的出现极大程度让传统的功能自出厂就无法变化的固定模式有了不同，它只给数量较少的硬件，让用户拥有极大的独立自主性，使用的过程多数情况下决定于软件，灵活性很好，十分便于PC的软件和硬件资源应用，成本也有了下降，仪器寿命也更长，特说明主要特点如下^[3]：

（1）用户的自定义测量功能，由于软件自身具有灵活性和良好的复用性，用户可以按照需求来设置测量功能。

（2）组建上便于组成，可以分结构分模块，十分规范，为用户使用提供极大的便利。