第六章--宏观残余应力的测定课件.ppt

《第六章--宏观残余应力的测定课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章--宏观残余应力的测定课件.ppt（44页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、（1）第一类内应力（1）：指在物体宏观体积内存在并平衡的内应力。此类应力的释放，会使物体的宏观体积或形状发生变化。又称“宏观应力”或“残余应力”。宏观应力的衍射效应是使衍射线位移。（2）第二类内应力（ 2）：指在数个晶粒的范围内存在并平衡的内应力。其衍射效应是引起线形的变化。（3）第三类内应力（ 3）：指在若干原子的范围内存在并平衡的应力。如各种晶体缺陷（空位、间隙原子、位错等）周围的应力场。此类应力的存在使衍射线强度降低。通常把第二类和第三类应力称“微观应力” 上述三类残余应力往往是同时存在，互相影响，互为因果的。一个晶粒内的第三类内应力在不同的空间位置有着不同的水平，它的波动幅度的平均值即

2、表现为第二类内应力；第二类内应力是在这个晶粒内部平衡着的，相邻几个晶粒的第二类内应力的大小可能会有较大差别，但各个晶粒上的第二类内应力的平均值便体现为第一类内应力，即宏观内应力。图6-2 宏观残余应力的产生a)焊接前；b)焊接后图6-3 第三类应力的产生A晶粒处于易滑移方位，当载荷应力超过临界切应力时将要发生塑性变形；晶粒B仅发生弹性变形，载荷去除后，晶粒B的变形要恢复，但晶粒A只发生部分恢复，它阻碍B的弹性收缩使其处于被拉伸的状态，A本身则被压缩。这种在晶粒间相互平衡的应力在X射线检测的体积内总是拉压成对地出现，且大小因晶粒间方位差不同而异，故引起衍射线的宽化。 宏观残余应力是一种弹性应力。

3、测量它的方法有很多种，一种是应力松弛法，即用钻孔、开槽或剥层等方法使应力松弛，用电阻应变片测量变形以计算残余应力，这是一种破坏性实验。 另一种是无损法，即利用应力敏感性的方法，如超声、磁性、中子衍射、X射线衍射等。其中X射线衍射法除是无损法之外，还具有快速、准确可靠和能测量小区域应力的优点，又能区分三种不同类别的应力，因而受到普遍的重视。 本章将简单介绍X射线宏观应力测定的基本原理和方法。第二节 X射线宏观应力测定的基本原理（一）单轴应力测定原理（二）平面应力测量原理1、一般原理“测量方向平面”（3）由3、计算出。对于各向同性的弹性体， 3、是有相关性的，由弹性力学原理，有23sin1E（69

4、）这是残余应力测量的基础公式2、sin2法基本原理 式（619）表明，2随sin2呈线性关系，式中2单位为“弧度”，当选用“度”为单位，式（619）改写为：20sin2180cot12）（E式（612）即为在平面应力状态的假定下，宏观应力测定的基本公式。令式（620）中（620）KMMEK20sin2180cot12）（ddd试样表面法线=0，d小90，d大晶面法线拉应力图6-4 应力与不同方位同族晶面面间距的关系 可以认为，某方位面间距d相对于无应力时的变化（ dd0）/d= d/d0，反应了由应力所造成的面法线方向的弹性应变：即 = d/d0。显然，在面间距随方位的变化率与作用应力之间存在

5、一定的函数关系。因此，建立待测残余应力与空间某方位上的应变之间的关系式是解决应力测量问题的关键。 本节所讨论的是在平面应力状态（或双轴应力状态）假设下的测定。在物体的自由表面，其法线方向的应力为零，当物体内应力沿垂直于表面的方向变化梯度极小，而X射线的穿透深度又很浅（ 10m数量级）时，这种平面应力假设是合理的。为在此条件下推导应力测定公式，需建立如图65所示的坐标系。XYN，Z（z）3,3(z,z)N(y)y,y2,2(x) (x), x1,1测量方向平面PORQ图65 宏观应力测定坐标系图中OXYZ是主应力坐标系，分别代表主应力（1，2，3）和主应变（1，2，3）的方向；O-xyz是待测应

6、力（x)及其垂直的y、 z的方向，z与3平行，且均平行于试样表面法线ON；是与1的夹角；ON与构成的平面称“测量方向平面”， 是此平面上某方向上的应变，它与ON之间的夹角为。 根据弹性力学原理，对于一个连续、均质、各向同性的物体来说，任一方向上的应变可表达为：323222121（61）式中1，2，3是相对于OXYZ坐标系的方向余弦cossinsincossin321（62）将式（62）代入式（61）得：3232221sin)coscos(（63）当90， x，即3232221sin)(sincosxx所以（64）在平面应力条件下， z0， z3，则根据广义胡克定律：)()()(yxzzzxyy

7、zyxxEEEEEE（65）在平面应力条件下， z0， z3，则)(3yxyxxEEE（66） 根据65所示坐标系，将式（66）代入式（64）中，得22232sin11sinsinsin1EEE由上式得求导对将（67）（68）（69）式（69）即为待测应力与随方位变化率之间得关系，是求测应力的基本关系式，同时表明，在一定的平面应力状态下， 随sin2呈线性关系。 为了得到对X射线法测定宏观应力更实用的计算公式，还需把式（69）中转化为用衍射角表达的形式。根据布拉格方程的微分式：d/d=-cot0 (当0），因为可以认为 0 （无应力时的衍射角）， )22(210则)22(2cot00将此式对s

8、in2求导，得20202sin2cot129610-6sin22cotsin）（）得）代入式（将式（E（610）（611） 式（611）表明，2随sin2呈线性关系，式中2单位为“弧度”，当选用“度”为单位，式（611）改写为：20sin2180cot12）（E（611）式（612）即为在平面应力状态的假定下，宏观应力测定的基本公式。令式（612）中KMMEK20sin2180cot12）（613a）（613b）（613c）K为应力常数，它却决于被测材料的弹性性质（弹性模量，泊松比）及衍射角定峰法（2）抛物线法 当峰形较为漫散时，用半高宽法容易引起较大的误差，则可用抛物线法定峰。即将峰顶部位假

9、定为抛物线形，用测量的强度数据拟合抛物线，求其最大值Ip对应的衍射角2p为峰位。设抛物线方程为2210)2(2aaaI（618）式中，I为对应2 的衍射强度， a0， a1，a2为常数，对应于最大强度Ip的衍射角2p应满足dI/d(2 )=0，即a1+2a 2p=0所以2 pa1/2a2（619）根据测定的数据求出a1，a2，代入公式（619）就可求得峰位2p。三点抛物线法在衍射峰顶部大于85最大强度处取三个测点，设其在同一抛物线上，将所测数据代入式(6-18)得：232310322221022121101)2(2)2(2)2(2aaaIaaaIaaaI（620）设I2I1A，I3I2B，232 2 222 12，将解方程组（620）所得a1，a2代入式（619）求得2p为（621）