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

2、應(yīng)力。如空位、間隙原子、位錯等。此類應(yīng)力的存在使衍射強度降低第3類內(nèi)應(yīng)力(III)1） 單軸應(yīng)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(chǎn)生的應(yīng)變Z為：00/ )(LLLfZ根據(jù)虎克定律，其彈性應(yīng)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(yīng)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(yīng)變小，如右圖示。因此，可用晶面間距的相對變化表示徑向應(yīng)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(yīng)力的基本公式。上述分析表明：1)當(dāng)試樣中存在宏觀應(yīng)力時，會使衍射線產(chǎn)生位移,可通過測量衍射線位移測定宏觀內(nèi)應(yīng)力。2)X-射線測量宏觀內(nèi)應(yīng)力主要是測量殘余應(yīng)變，宏觀內(nèi)應(yīng)力通過虎克定律計算獲得。若無應(yīng)力狀態(tài)下(HKL)面對應(yīng)的衍射角為0,有應(yīng)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(yīng)力狀態(tài)目的：結(jié)合實際應(yīng)用，測定沿試樣表面某一方向的宏觀內(nèi)應(yīng)力基本思路：利用彈性力學(xué)理論求出將與晶面間距或衍射角的相對變化相聯(lián)系得出宏觀應(yīng)力測定的基本公式根據(jù)彈性力學(xué)理論，主應(yīng)力和主應(yīng)變之間的關(guān)系通過廣義虎克定律描述：)(1)(1)(1213331223211EEE在主應(yīng)力坐標(biāo)系中，任一方向的正應(yīng)力（或正

4、應(yīng)變）與主應(yīng)力（或主應(yīng)變）之間的關(guān)系為：323222121323222121其中，1、2、3為在主應(yīng)力（或主應(yīng)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(yīng)力?？蓪⒃嚇拥谋韺討?yīng)力分布近似為二維應(yīng)力狀態(tài)，即3=0（30），于是可得平面應(yīng)力狀態(tài)下，和之間滿足如下關(guān)系：)(sin1212EE2sin1E根據(jù)布拉格方程，引入面間距相對變化表征的應(yīng)變：)(cot)/(00dd0，分別為無應(yīng)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(yīng)力常數(shù)實際應(yīng)用中，只要測定上式的M

5、值，即可求得構(gòu)件表面的宏觀殘余應(yīng)力。3 實際測量方法4 X-射線宏觀應(yīng)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(nèi)應(yīng)力測定的衍射參數(shù)是衍射峰的位移。存在內(nèi)應(yīng)力樣品宏觀內(nèi)應(yīng)力測定的衍射參數(shù)是衍射峰的位移。存在內(nèi)應(yīng)力樣品的衍射峰一般比較漫散，不易測準(zhǔn)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(zhǔn)其峰位。因此，精確測定峰位十分重要。分重要。2 2）彈性常數(shù)的引用）彈性常數(shù)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(shù)數(shù)E E和和會引入誤差。會引入誤差。3 3）表層應(yīng)力狀態(tài)的影響）表層應(yīng)力狀態(tài)的影響 沿表層的應(yīng)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(yīng)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(yīng)考慮應(yīng)力釋放帶來的誤差。的方法，但應(yīng)考慮應(yīng)力釋放帶來的誤差。小 結(jié)利用利用X X射線測定構(gòu)件的表面殘余應(yīng)力，主要是通過射線測定構(gòu)件的表面殘余應(yīng)力，