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

1、第9讲 X-射线宏观内应力测定的基本原理目的：X射线衍射宏观内应力检测?1 宏观内应力的概念及分类2 X-射线宏观内应力测量的基本原理 1)单轴应力状态 2)平面应力状态3 实际测量方法4 X-射线宏观应力测定中的一些问题分类：(按其平衡的范围)基本概念: 宏观内应力是指当产生应力的因素去除后,在物体内相当大范围内均匀分布的残余内应力，是一种弹性应力。第1类内应力(I)在物体宏观体积内存在并平衡的内应力宏观残余应力的产生宏观残余应力的产生 a) a) 焊接前焊接前 b)b)焊接后焊接后在数个晶粒范围内存在并平衡的内应力。其衍射效应使衍射线形变化第2类内应力(II)在若干原子范围内存在并平衡的内

2、应力。如空位、间隙原子、位错等。此类应力的存在使衍射强度降低第3类内应力(III)1） 单轴应力状态假如，右图试样截面积为A，在轴向施加拉力F，其长度将由受力前的L0变为Lf,所产生的应变Z为：00/ )(LLLfZ根据虎克定律，其弹性应力z为：ZZE拉伸过程中，试样直径由拉伸前的D0变为拉伸后的Df, 径向应变X和Y为：00/ )(DDDfYX此时，试样各晶粒中与轴向平行晶面的面间距d也相应变小，如右图示。因此，可用晶面间距的相对变化表示径向应变：dddddYX/ )(00对各向同性材料，X、Y和Z之间满足：ZYX于是有：ddEZ对布拉格方程微分，可得cot/dd0cotEZ 上式为测定单轴

3、应力的基本公式。上述分析表明：1)当试样中存在宏观应力时，会使衍射线产生位移,可通过测量衍射线位移测定宏观内应力。2)X-射线测量宏观内应力主要是测量残余应变，宏观内应力通过虎克定律计算获得。若无应力状态下(HKL)面对应的衍射角为0,有应力状态下的衍射角为,将上式代入虎克定律,则有2) 平面应力状态目的：结合实际应用，测定沿试样表面某一方向的宏观内应力基本思路：利用弹性力学理论求出将与晶面间距或衍射角的相对变化相联系得出宏观应力测定的基本公式根据弹性力学理论，主应力和主应变之间的关系通过广义虎克定律描述：)(1)(1)(1213331223211EEE在主应力坐标系中，任一方向的正应力（或正

4、应变）与主应力（或主应变）之间的关系为：323222121323222121其中，1、2、3为在主应力（或主应变）空间的方向余弦。由右图可知，即为在XY平面的投影2212sincos由于X射线对试样的穿透能力有限，只能测量试样的表层应力。可将试样的表层应力分布近似为二维应力状态，即3=0（30），于是可得平面应力状态下，和之间满足如下关系：)(sin1212EE2sin1E根据布拉格方程，引入面间距相对变化表征的应变：)(cot)/(00dd0，分别为无应力及各角下的布拉格角。代入上式，可得：MKE sin)2()1 (2cot202sin)2(直线的斜率d应力常数实际应用中，只要测定上式的M

5、值，即可求得构件表面的宏观残余应力。3 实际测量方法4 X-射线宏观应力测定中的一些问题1 1）衍射峰位的确定）衍射峰位的确定 宏观内应力测定的衍射参数是衍射峰的位移。存在内应力样品宏观内应力测定的衍射参数是衍射峰的位移。存在内应力样品的衍射峰一般比较漫散，不易测准其峰位。因此，精确测定峰位十的衍射峰一般比较漫散，不易测准其峰位。因此，精确测定峰位十分重要。分重要。2 2）弹性常数的引用）弹性常数的引用 理论上讲，每个晶粒是各向异性的，采用各向同性的弹性常理论上讲，每个晶粒是各向异性的，采用各向同性的弹性常数数E E和和会引入误差。会引入误差。3 3）表层应力状态的影响）表层应力状态的影响 沿表层的应力分布是人们感兴趣的问题，一般采用逐步剥层测定沿表层的应力分布是人们感兴趣的问题，一般采用逐步剥层测定的方法，但应考虑应力释放带来的误差。的方法，但应考虑应力释放带来的误差。小 结利用利用X X射线测定构件的表面残余应力，主要是通过射线测定构件的表面残余应力，