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1、66第卷第期实验力学5,%∗(%!∀#∃%&∋()∗%+,−.,∋/0,(1)∗0,23)(/246年月788!∀#声弹性应力测量吴克成9华中工学院:提要本、文简要评述了声弹性应力测量方法的理论实验技术和应用等方面的。发展概况平面声弹性技术已取得进展6声弹性用于三维应力和残余应力测量仍有不少困难6关键词,超,6声弹性声应力测量引言6,构件和材料内部信息的检测是至关重要的为了保障工程结构或产品的可靠性特别是、、、,原子能反应堆飞行器海洋平台抗震结构以及微电子器件的可靠性需要测量构部件内6研,、、部缺陷或残余应力究材料的破坏也需要测量内部应
2、力裂纹扩展晶粒变形等内部信6666,∃?≅Β≅Χ9!ΔΔ:,息以揭示破坏机理和建立正确的破坏模型厂∋2;<=>和+.2Α<认为不、。∗”透明固体内部宏观亚微观和微观信息的检测技术的研究将是实验力学发展的重要方向近、二十年来实验力学的巨大发展主要是在物体表面信息测量方面9电测技术及全息散、Ε斑云纹等光学干涉方法:光弹性以及现代光测的某些方法虽然可以用于构件内部应力和,6位移分析但它们仍然是一种受相似条件限制的实验室内的模型分析方法不透明体原型的6,6三维应力分析尚未解决同样在内部的微观和亚微观信息检测方面也急待发展可以予,,料由于声波穿透材料的能
3、力以及可以在宏观和微观尺度上与材料相互作用声测技术必将顺应内部信息测量的需要而受到更多的关注6依声波参数与材料参数或力学量之间的各种关系形成多种多样的声测技术6例如,·’。〔声弹性利用声速测量固体表面和内部应力·〔Φ’。声散斑利用声波位相信息测量表面或内部位移场·、〔‘’。声全息利用位相信息显示物体材料内部缺陷或结构·Δ’〔声焦散杆或管件的无损检测·、‘’6〔声频谱分析用于检测裂纹表面粗糙度和粘接可靠性等·∗”,’、二次谐波技术利用晶体的非简谐性质测量材料的高阶弹性常数油微材料损伤’6现应力〔等·、〔,6声显微镜检测亚表面和内部微缺陷缺口处塑性
4、变形等·声速技术测〔‘。」、〔“〕、〔‘”Φ〕、〔“飞量复合材料弹性常数材料损伤裂纹扩展材料织构等。··、、、声衰减技术测量材料损伤〔‘’“‘’Γ予测疲劳寿命>’日Γ检测表面裂纹深度〔”;晶粒尺寸>‘’〕6和屈服强度等·〔’。”‘;,声发射技术上述各种技术需要主动向被测件发送声波声发射技术是利用材料变形或开裂时白身产生的声波信息检测疲劳断裂、应力腐蚀、复合材料损伤和监视结构的可靠性。可见,声、、测技术在无损检测材料则力学性能测试应力分析及断裂损伤研究中有重要的应用6但其中有些技术,还没有像光测技术那样成熟,尚需基础研究和应用开发6声弹性技6,
5、,术就是如此当然以上技术不全是实验力学的研究任务有的甚至主要是别的学科的任务6但今日各学科交错渗透,宜各方配合6故在具体评述声弹性技术的理论、实验技术和应用等方面的发展概况之前对一般声测技术略作以上介绍6声弹性理论Η6Ιϑ声弹性的发展受二方面的推动三阶弹性常数的测量和残余应力的测定3ΧΑ89!!:,8;;〔’’最早利用超声波测定晶体的三阶弹性常数后来他与ΚΛ9!ΔΦ:一起提出了各向同性材料声弹性理论的早期表达形式,建立了声波在材料中传播速度与应力之间的关系6Μ8ΝΧΟΒ≅Β≅ΡΝ〔Φ、8≅ϑ?≅Β8ϑ?≅〔‘〕和4ΑΑΠ8ΘΜ和∋;迸
6、一步发现了声波在应力材料中的双折射现,6由于,象为声弹性应力分析方法奠定了物理基础声弹性是一种弱效应一般工程上可以认,,为各向同性的材料9例如载制板:在声弹性测量中不能忽略其微弱的各向异性因为它引起的声双折射与应力引起的双折射具有同样量级6因此许多学者发展各向异性材料的声弹性6≅ΒΒ<>?’‘’,理论1?Σ?Σ和4〔提出一般各向异性材料声张量的本征矢量和本征值的摄动公式’‘6Κ<≅≅’Χ和+?Ν>ΙΣ∃提出正交异性材料的双折射公式无意进一步罗列史实,只择声弹性理论研究中有代表性的方法及目前存在的问题略述于下Η·?超弹性9ΑΛΤΝ8工Βϑ><Ρ
7、<>Λ:本构假设和高阶弹性常数应力一声效应是与非线性弹性有关的一种物理现象6严格说来,加载后原子偏离平衡位置就会导致非线性的应力应变关6,66Ι≅’6〕系多晶金属试件在弹性极限内弹性模量变化达。Υ左右∋Θ〔直接利用非线性的本构关系式阐明声弹性原理6设单向应力时‘二’Φ0ς十2ς十7ςΩ二9:取前两项‘二几了亡Ω8ςΞ日90Ω2‘:ΞΡ“9:Η,ς,,,、、,’分别为应力应变叮27分别是二阶三阶四阶弹性常数2定义为有效杨氏模。产Η量声速厂与Ρ及密度Τ的关系为、一Ξ十。Ψ全Ζ州二Ζ9Φ:丫Τ丫“0以Ψ式Φ:,69说明虽然应力应变为非线性但声速与
8、应变的关系在一级近似条件下仍为线性68ΝΧ,”声弹性方法与光学方法类比早期声弹性双折射关系的建立9ΜΟΒ≅1?ΙΤ<≅>’,?Ι?Β〔Φ。’?ΒΒ
