第9講stress+test+by+using+X-ray+diffraction

1、第9講 X-射線宏觀內應力測定的基本原理目的：X射線衍射宏觀內應力檢測?1 宏觀內應力的概念及分類2 X-射線宏觀內應力測量的基本原理 1)單軸應力狀態(tài) 2)平面應力狀態(tài)3 實際測量方法4 X-射線宏觀應力測定中的一些問題分類：(按其平衡的范圍)基本概念: 宏觀內應力是指當產生應力的因素去除后,在物體內相當大范圍內均勻分布的殘余內應力，是一種彈性應力。第1類內應力(I)在物體宏觀體積內存在并平衡的內應力宏觀殘余應力的產生宏觀殘余應力的產生 a) a) 焊接前焊接前 b)b)焊接后焊接后在數個晶粒范圍內存在并平衡的內應力。其衍射效應使衍射線形變化第2類內應力(II)在若干原子范圍內存在并平衡的內

2、應力。如空位、間隙原子、位錯等。此類應力的存在使衍射強度降低第3類內應力(III)1） 單軸應力狀態(tài)假如，右圖試樣截面積為A，在軸向施加拉力F，其長度將由受力前的L0變?yōu)長f,所產生的應變Z為：00/ )(LLLfZ根據虎克定律，其彈性應力z為：ZZE拉伸過程中，試樣直徑由拉伸前的D0變?yōu)槔旌蟮腄f, 徑向應變X和Y為：00/ )(DDDfYX此時，試樣各晶粒中與軸向平行晶面的面間距d也相應變小，如右圖示。因此，可用晶面間距的相對變化表示徑向應變：dddddYX/ )(00對各向同性材料，X、Y和Z之間滿足：ZYX于是有：ddEZ對布拉格方程微分，可得cot/dd0cotEZ 上式為測定單軸

3、應力的基本公式。上述分析表明：1)當試樣中存在宏觀應力時，會使衍射線產生位移,可通過測量衍射線位移測定宏觀內應力。2)X-射線測量宏觀內應力主要是測量殘余應變，宏觀內應力通過虎克定律計算獲得。若無應力狀態(tài)下(HKL)面對應的衍射角為0,有應力狀態(tài)下的衍射角為,將上式代入虎克定律,則有2) 平面應力狀態(tài)目的：結合實際應用，測定沿試樣表面某一方向的宏觀內應力基本思路：利用彈性力學理論求出將與晶面間距或衍射角的相對變化相聯系得出宏觀應力測定的基本公式根據彈性力學理論，主應力和主應變之間的關系通過廣義虎克定律描述：)(1)(1)(1213331223211EEE在主應力坐標系中，任一方向的正應力（或正

4、應變）與主應力（或主應變）之間的關系為：323222121323222121其中，1、2、3為在主應力（或主應變）空間的方向余弦。由右圖可知，即為在XY平面的投影2212sincos由于X射線對試樣的穿透能力有限，只能測量試樣的表層應力?？蓪⒃嚇拥谋韺討Ψ植冀茷槎S應力狀態(tài)，即3=0（30），于是可得平面應力狀態(tài)下，和之間滿足如下關系：)(sin1212EE2sin1E根據布拉格方程，引入面間距相對變化表征的應變：)(cot)/(00dd0，分別為無應力及各角下的布拉格角。代入上式，可得：MKE sin)2()1 (2cot202sin)2(直線的斜率d應力常數實際應用中，只要測定上式的M

5、值，即可求得構件表面的宏觀殘余應力。3 實際測量方法4 X-射線宏觀應力測定中的一些問題1 1）衍射峰位的確定）衍射峰位的確定 宏觀內應力測定的衍射參數是衍射峰的位移。存在內應力樣品宏觀內應力測定的衍射參數是衍射峰的位移。存在內應力樣品的衍射峰一般比較漫散，不易測準其峰位。因此，精確測定峰位十的衍射峰一般比較漫散，不易測準其峰位。因此，精確測定峰位十分重要。分重要。2 2）彈性常數的引用）彈性常數的引用 理論上講，每個晶粒是各向異性的，采用各向同性的彈性常理論上講，每個晶粒是各向異性的，采用各向同性的彈性常數數E E和和會引入誤差。會引入誤差。3 3）表層應力狀態(tài)的影響）表層應力狀態(tài)的影響 沿表層的應力分布是人們感興趣的問題，一般采用逐步剝層測定沿表層的應力分布是人們感興趣的問題，一般采用逐步剝層測定的方法，但應考慮應力釋放帶來的誤差。的方法，但應考慮應力釋放帶來的誤差。小 結利用利用X X射線測定構件的表面殘余應力，主要是通過射線測定構件的表面殘余應力，