环芯法是一种释放残余应力的方法，由于有损方法具有测量成本较低、适用范围广泛、可分析沿试样厚度方向的分布等优点，在相关的科学研究和工程应用中备受关注。云纹干涉作为一种相干光学测量方法，具有全场测量、高精度、高灵敏度的优点，结合环芯法和云纹干涉可有效测量材料的残余应力。

以LY12铝合金残余应力测试为例，试样如图2－31所示，厚度为10mm。试样由两部分构成，即芯部和外环，芯部直径（50．17mm）略大于外环的内径（50．00mm）。加工时，将外部环用高温炉加热膨胀，同时将芯部至于液氮中冷却收缩。待二者温度充分加热和冷却后，将其取出并迅速拼装，形成过盈配合残余应力试样。当整个试样恢复至室温时，试件芯部区域将处于双向等压的残余应力状态。在实验之前，将1 200线／mm的商品正交光栅转移到试件芯部的表面待测区域。由于芯部面积较大，认为在某一测试点切割环芯后，对远离该点区域残余应力的影响是可以忽略的。使用环芯法测量残余应力时，需要在试件栅区域内切一个闭合的环槽，通过测量环芯上释放的变形来表征试样内部的残余应力。利用如图2－32所示的铣刀，通过铣削的方式直接在试件表面被测区域加工环槽。切割环槽时铣刀转速为3 600r／min，铣刀进给速率约为20m／s。由于环槽铣刀端面和内壁切削刃之间并非绝对垂直，环芯的尺寸会随着环槽深度的增加而减小。同时考虑到环槽较深时，其外部释放的位移量较大，不利于云纹干涉条纹的调节，最终环槽的深度选择为315μm。切割环芯后的试件栅如图2－33所示，其中环槽外壁的直径为5mm，环芯的直径为1．7mm，此时将试样放入云纹干涉仪，即可测量环芯法释放的残余变形。

图2－31 过盈配合残余应力试样

图2－32 环槽铣刀

图2－33 环芯后的试样

云纹干涉测量时，如果参考栅与试件栅频率不匹配，则会出现载波条纹。由于载波条纹并非由试件栅变形而产生，会对试件变形测量结果产生干扰，所以在采集干涉条纹前应对载波条纹予以校正。常用的校正方法是进行零场调节，即使零级条纹出现在已知的位移为零的区域。然而，对于环芯法干涉条纹而言，零级条纹应该位于环槽边界之外的远场区域。因而，云纹干涉的视场应该足够大，以观测到远场的干涉条纹；同时，又需要较高的放大倍数来记录环芯上的条纹。为了方便零场的调节，将不同焦距的场镜与CCD相机组合，获得试件变视场区域（不同放大倍数）的干涉条纹。测试中，首先在低放大倍数下，将环槽外围的区域调成零场的状态，并将环芯置于图像的中心位置，如图2－34所示；然后，在高放大倍数下观测并记录干涉条纹。同时，为了精确获得全场位移，通过调整云纹干涉仪上的压电陶瓷，使得云纹条纹的相位发生变化。然后基于四步相移技术，求解云纹条纹的相位场并转化为位移场。图2－35为实验中记录的相移条纹。(www.daowen.com)

图2－34 低放大倍数下的干涉条纹

图2－35 环芯上云纹干涉条纹的四步相移

在获得释放的残余变形场后，根据残余变形和残余应力之间的关系参数，即可确定试样中的残余应力。通过求解相位，由相位和位移的关系可以获得环芯上由于残余应力释放产生的位移场，如图2－36所示。可见，环芯上释放的位移场基本是中心对称的，根据有限元的标定可以计算出对称的残余应力场的数值［70］。

图2－36 通过相移法求解获得的环芯位移场