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(1)第一类内应力(σ1):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(σ2):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(σ3):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。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ε3、εψ计算出σΦ。对于各向同性的弹性体,ε3、εψ是有相关性的,由弹性力学原理,有23sin1E(6-9)这是残余应力测量的基础公式2、sin2Ψ法基本原理式(6-19)表明,2θΨ随sin2Ψ呈线性关系,式中2θΨ单位为“弧度”,当选用“度”为单位,式(6-19)改写为:20sin2180cot12)(E式(6-12)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(6-20)中(6-20)KMMEK20sin2180cot12)(dddψεФψ试样表面法线εФψΨ=0°,d小Ψ→90°,d→大晶面法线拉应力σФ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dΦΨ相对于无应力时的变化(dΦΨ-d0)/d=d/⊿d0,反应了由应力所造成的面法线方向的弹性应变:即εΦΨ=d/d⊿0。显然,在面间距随方位的变化率与作用应力之间存在一定的函数关系。因此,建立待测残余应力σΦ与空间某方位上的应变εΦΨ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(≈10μm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6-5所示的坐标系。XYN,Z(z)σ3,ε3(σz,εz)N’εΦΨ(y)σy,εyσ2,ε2(x)σΦ(σx),εxσ1,ε1测量方向平面PORQΨΦ图6-5宏观应力测定坐标系图中O-XYZ是主应力坐标系,分别代表主应力(σ1,σ2,σ3)和主应变(ε1,ε2,ε3)的方向;O-xyz是待测应力σΦ(σx)及其垂直的σy、σz的方向,σz与σ3平行,且均平行于试样表面法线ON;Φ是σΦ与σ1的夹角;ON与σΦ构成的平面称“测量方向平面”,εΦΨ是此平面上某方向上的应变,它与ON之间的夹角为Ψ。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εΦΨ可表达为:323222121...

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