宏观残余应力的测定VIP免费

（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...