最新第6章材料分析方法教学讲义ppt.ppt

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1、第6章材料分析方法第六章残余应力的测定本章主要内容第一节物体内应力的产生和分类第二节X射线残余应力测定的基本原理第三节宏观应力测定方法第四节X射线宏观应力测定中的一些问题2残余应力是一种内应力内应力指产生应力的各种因素不复存在时，由于形变、体积变化不均匀而残留在构件内部并自身保持平衡的应力产生应力的各种因素不复存在指，外加载荷去除、加工完成、温度已均匀、相变过程中止等目前公认的内应力分类方法是由德国的E.马克劳赫于1979年提出的，将内应力按其平衡的范围分为三类，即第Ⅰ类内应力、第Ⅱ类内应力和第Ⅲ类内应力第一节物体内应力的产生与分类3四、内应力的产生1)宏观应力图6-2是产生宏观应力的实例，

2、框架和中间梁在焊接前无应力；梁的两端焊接在框架上后，中间梁受拉应力，两侧框架受压应力，上下梁受弯曲应力可见，残余应力是材料内部宏观区域内平衡均匀分布的应力图6-2宏观应力的产生a)焊接前b)焊接后第一节物体内应力的产生与分类7四、内应力的产生2)微观应力由图6-3可示意说明了第Ⅱ类内应力的产生。在单向拉伸载荷作用下，由于A晶粒处于易滑移取向，当载荷超过临界切应力时将发生塑性变形；而B晶粒仅发生弹性变形。载荷去除后，B晶粒变形要恢复，而A晶粒仅部分恢复，使B晶粒受拉应力，晶粒A受压应力，而形成晶粒间相互平衡的应力图6-3第Ⅱ类内应力的产生第一节物体内应力的产生与分类8五、内应力的检测残余应力是

3、一种弹性应力，它与构件的疲劳性能、耐应力腐蚀能力和尺寸稳定性等密切相关，残余应力检测对于工艺控制、失效分析等具有重要意义，主要方法有1)应力松弛法即用钻孔、开槽或薄层等方法使应力松驰，用电阻应变片测量变形以计算残余应力，属于破坏性测试2)无损法即用应力敏感性的方法，如超声、磁性、中子衍射、X射线衍射等。3)X射线衍射法属于无损法，具有快速、准确可靠、测量区域小等优点，且能区分和测定三种不同的类别的内应力第一节物体内应力的产生与分类9一、基本原理用X射线衍射法测定残余应力，首先测定应变，再借助材料的弹性特征参量确定应力对于理想的多晶体，在无应力状态下，不同方位的同族晶面间距相等；当承受一定宏观

4、应力时，同族晶面间距随晶面方位及应力大小发生有规律的变化，如图6-4所示，随晶面法线相对于试样表面法线的夹角增大，晶面间距d增大第二节X射线宏观应力测定的基本原理图6-4应力与不同方位同族晶面间距的关系10一、基本原理沿方位方位，某晶面间距d相对于无应力(d0)时的变化(d-d0)/d0=d/d0，反映了由应力引起的晶面法线方向的弹性应变=d/d0显然，晶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与空间某方位上的应变之间的关系，是解决应力测量的问题的关键物体自由表面的法线方向应力为零，当物体内应力沿垂直于表面方向的变化梯

5、度极小，而X射线穿透深度又很小，测量区域近似满足平面应力状态第二节X射线宏观应力测定的基本原理11二、测定宏观应力的坐标系在平面应力状态下，建立坐标系如图6-5。图中O-XYZ是主应力坐标系，为主应力(1,2,3)和主应变(1,2,3)方向；O-xyz为待测应力(x)及y和z的方向；3和z与试样法线ON平行；是与1间的夹角ON与决定的平面称测量方向平面，是此平面上某方向的应变，它与ON间夹角称为方位角即是衍射晶面法线ON与试样表面法线ON间的夹角图6-5测定宏观应力的坐标系第二节X射线宏观应力测定的基本原理12三、应力测定公式根据弹性力学原理

6、，对于一个连续、均质、各向同性的物体，在平面应力状态下，z=0，z=3，按图6-5所示的坐标系，可以导出任一方向ON的应变为(6-7)将对sin2求导(6-8)即(6-9)式(6-9)中，E为弹性模量，为泊松比；表明在平面应力状态下，与sin2呈线性关系sin2sin2=E1+E第二节X射线宏观应力测定的基本原理13四、应力常数K由布拉格方程的微分式，d/d=-cot0，为常数时，0为无应力是的衍射角，=(2-20)/2，则=-(2-20)cot0/2，对sin2求导，并代入式(6-

7、9)可得更实用的公式，式(6-9)中变换为衍射角的形式，即(6-11)再将2的单位由“弧度”换成“度”，则有(6-12)2sin2第二节X射线宏观应力测定的基本原理14四、应力常数K式(6-12)表明，在平面应力状态下，2随sin2呈线性关系，见图6-6。令式(6-12)中(6-13a)(6-13b)则(6-13c)K称应力常数，它决定于待测材料的弹性性质及所选衍射晶面的衍射角