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为满足工业生产安全性的需求,压入试验法测试材料力学性能受到越来越多的关注,该方法无需取样,可进行现场检测,具有传统方法无可比拟的优势。但是该方法并不是严格意义的无损检测方法,压入试验产生的残余凹坑带来了应力集中,附加的残余应力更是加剧了应力集中程度。在静载荷下,延性材料在破坏前的塑性变形中会发生应力的重分布,压痕对结构的静强度一般没有影响,但是对抗疲劳、耐腐蚀性能的影响不可忽视,特别是对于像汽轮机、燃气轮机、烟气轮机、离心压缩机等高速旋转机械的叶轮和叶片,其材料的表面损伤会对叶轮和叶片的性能等带来严重的副作用,因此,深入研究压痕残余应力,探明其对材料后续服役性能的影响,并提出消除其影响的方法具有重要意义。残余凹坑的尺寸在微米级别,但是以现在的残余应力检测技术只能精细至毫米级别,无法用来测试压痕的残余应力,因此本文作者主要采用有限元方法进行研究,以可用的试验手段验证有限元模拟结果的可靠性,具体如下:以两种压力容器用钢(SA508与S30408)及两种叶轮用钢(FV520B-S与KMN-S)为研究对象,通过单轴拉伸试验获取了材料性能,采用有限元软件ABAQUS模拟了球压头压入试验,卸载后得到了压痕残余应力。进行自动球压痕实验得到了残余凹坑,利用数字图像关联技术测得了压痕应变场,通过应变场的对比确保了有限元模拟的可靠性,可作为一种新的微尺度残余应力获取方法。利用接触力学相关理论分析了压痕残余应力分布的基本规律,同时观察了压入过程中微观组织的变化,从微观角度解释了压痕残余应力。分析了材料及压入参数两方面因素对所产生压痕残余应力的影响,具体包括材料性能、压头半径及压入深度。研究了残余应力与单向及双向工作载荷的叠加分布,明确了压痕带来的应力集中程度。对残余凹坑施加一次循环载荷,发现压痕残余应力的释放可忽略不计。本部分工作明确了压痕残余应力带来的影响,为后续提出消除方法打下了基础。提出了增大打磨半径与增加打磨深度两种方案来消除压痕残余应力的影响,采用有限元中的生死单元法模拟打磨去除材料,分析了打磨过程中残余应力的变化。采用微铣削模拟工程实际中用打磨方法磨平或磨缓残余凹坑。以球头微铣刀铣削残余凹坑,再次利用数字图像关联技术测试应变场,确保材料去除后有限元结果的可靠性。最后以铣削处理后工作载荷下的应力集中程度为衡量标准,确定了两种方案的铣削参数,并且提出了针对不同压头的处理方式,对球压头压入试验的安全应用具有重要意义。