Určování nehomogenních zbytkových napětí z pole posuvů v okolí odvrtávané díry

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá měřením nehomogenních zbytkových napětí odvrtávací metodou s využitím digitální korelace obrazu (DIC). V teoretické části jsou popsány základní principy měření zbytkových napětí tenzometrickou metodou a získané poznatky jsou rozšířeny pro aplikaci s DIC. V praktické části je vytvořen výpočtový model pomocí metody konečných prvků, který umožňuje simulování odvrtávací metody. Z vypočítaných polí posuvů v okolí odvrtané díry jsou stanoveny matice kalibračních koeficientů, které jsou použitelné pro různé typy materiálů a geometrie odvrtané díry při výpočtu integrální metodou. Kvůli omezení platnosti prvků matic pouze pro diskrétní vzdálenosti od středu díry jsou hodnoty interpolovány funkcí spline a aproximovány navrženou funkcí. Ze získaných poznatků z rešeršní části práce je vytvořen algoritmus, který využívá stanovené matice kalibračních koeficientů pro výpočet nehomogenních zbytkových napětí. Funkčnost vytvořeného algoritmu a správnost stanovených kalibračních koeficientů je ověřena na poskytnutých experimentálních datech, přičemž stanovené průběhy zbytkových napětí se shodují s aplikovanými průběhy.This master’s thesis focuses on measuring non-uniform residual stresses using the hole-drilling method combined with Digital Image Correlation (DIC). The theoretical section outlines the fundamental principles of residual stress measurement via the strain gauge method, which are then adapted and expanded for DIC applications. The practical component involves the development of a computational finite element model to simulate the hole-drilling process. From the calculated displacement fields around the drilled hole, calibration coefficient matrices were established, applicable to diverse materials and hole geometries for stress calculation via the integral method. Due to the limited validity of matrix elements at discrete distances from the hole center, the values were interpolated using spline functions and further approximated by a proposed analytical function. Building on insights from the literature review, an algorithm was developed to compute heterogeneous residual stresses using these calibration matrices. The functionality of the algorithm and the accuracy of the calibration coefficients were validated against experimental data, with the derived residual stress profiles showing strong agreement with the applied stress distributions.