第六章宏观应力测定 引言 矿单轴应力测定原理 矿平面应力测定原理 矿试验方法 矿试验精度的保证及测试原理 的适用条件 2021/222
2021/2/22 1 第六章 宏观应力测定 引言 单轴应力测定原理 平面应力测定原理 试验方法 试验精度的保证及测试原理 的适用条件
6-1引言 内应力是指产生应力的各种外部因素撤 除之后材料内部依然存在、并自身保持 平衡的应力。通常分为三类(如下表): 第一类内应力; 第二类内应力; 第三类内应力。 第一类内应力又称宏观应力,在工程上 常把宏观应力称为残余应力。 2021/2/22 AUZLP
2021/2/22 HNU-ZLP 2 6－1 引言 内应力是指产生应力的各种外部因素撤 除之后材料内部依然存在、并自身保持 平衡的应力。通常分为三类（如下表）： 第一类内应力； 第二类内应力； 第三类内应力。 第一类内应力又称宏观应力，在工程上 常把宏观应力称为残余应力
类型名称平衡范围衍射效应产生原因 第一宏观在物体内部相当使谱线位移热处理、表面处 类内内应大(众多晶粒) 理、机加工等 应力力范围内 第二微观晶粒、亚晶粒内 晶格的弹性弯曲 类内内应部 扭转或均匀压缩 应力力 使谱线宽化拉伸 第三超微位错线附近、析或衍射强度不同种类的原子 类内观内出相周围、晶界降低 移动、扩散和原 应力应力附近、复合材料 子重新排列使晶 界面等若干个原 格产生畸变 子尺度范围内 2021/2/22 AUZLP
2021/2/22 HNU-ZLP 3 类型 名称 平衡范围 衍射效应 产生原因 第一 类内 应力 宏观 内应 力 在物体内部相当 大（众多晶粒） 范围内 使谱线位移 热处理、表面处 理、机加工等 第二 类内 应力 微观 内应 力 晶粒、亚晶粒内 部 使谱线宽化 或衍射强度 降低 晶格的弹性弯曲、 扭转或均匀压缩、 拉伸 第三 类内 应力 超微 观内 应力 位错线附近、析 出相周围、晶界 附近、复合材料 界面等若干个原 子尺度范围内 不同种类的原子 移动、扩散和原 子重新排列使晶 格产生畸变
X射线测定宏观应力的实验依据是物体中残余 应力会使晶面的行射线产生位移 了宏观残余应力测定方法还有:电阻应变片法、 机械引伸仪法、超声波法等。Ⅹ射线法与这些 方法相比,具有如下特点: 它是有效的无损检测方法; 它所测定的仅仅是弹性应变,而不含有范性应变 (范性变形不会引起衍射线位移); X射线照射面积可以小到1~2mm直径,因此它可测 定小区域的局部应力 只能得到表面应力,且精度受组织因素影响很大。 2021/2/22 AUZLP
2021/2/22 HNU-ZLP 4 X射线测定宏观应力的实验依据是物体中残余 应力会使晶面的衍射线产生位移。 宏观残余应力测定方法还有：电阻应变片法、 机械引伸仪法、超声波法等。X射线法与这些 方法相比，具有如下特点： 它是有效的无损检测方法； 它所测定的仅仅是弹性应变，而不含有范性应变 （范性变形不会引起衍射线位移）； X射线照射面积可以小到1～2mm直径，因此它可测 定小区域的局部应力； 只能得到表面应力，且精度受组织因素影响很大
6-2单轴应力测定原理 了在拉应力o的作用下,正好与表 拉伸方向垂直的试样中某晶粒 的(hk)晶面,其晶面间距将M 由d扩张为dn,则其应变为: △dd 8.三 0 y 根据弹性力学原理,其应力: △d 图6-2单轴应力测定原理 o=Ea =e (图中所示晶面均为相同的(M)晶面) 2021/2/22 AUZLP
2021/2/22 HNU-ZLP 5 6－2 单轴应力测定原理 在拉应力y的作用下，正好与 拉伸方向垂直的试样中某晶粒 的（hkl）晶面，其晶面间距将 由d0扩张为d‘ n，则其应变为： 根据弹性力学原理，其应力： 0 0 ' 0 d d d d d n y − = = d0 d y E y E = =
直接测定E是很困难的,但对于均质材料: 8 =8 v为泊松比。对于多晶体试样,总可以找 到若干个晶粒的(hk)晶面与试样表面平 行,这些晶面的晶面间距变化是可测的: d -d 0 因此 e d-d o =Ea 2021/2/22 AUZLP
2021/2/22 HNU-ZLP 6 直接测定y是很困难的，但对于均质材料： 为泊松比。对于多晶体试样，总可以找 到若干个晶粒的（hkl）晶面与试样表面平 行，这些晶面的晶面间距变化是可测的： 因此 x z y = = − 0 0 d dn d z − = − = = − 0 0 d E d d E n y y
6-3平面应力测定原理 由于X射线的穿透能力有限,只能测到10 30μm的深度,此时垂直于表面的应力分量 近似为零,即测得的是接近二维平面应力。 矿根据弹性力学原理,在一个受力物体内, 在任一点上总可以找到三个互相垂直的方 向,使得与三个方向垂直的各平面上切应 力为零,仅存在三个相互垂直的主应力o1 2 2021/2/22 AUZLP
2021/2/22 HNU-ZLP 7 6－3 平面应力测定原理 由于X射线的穿透能力有限，只能测到10～ 30m的深度，此时垂直于表面的应力分量 近似为零，即测得的是接近二维平面应力。 根据弹性力学原理，在一个受力物体内， 在任一点上总可以找到三个互相垂直的方 向，使得与三个方向垂直的各平面上切应 力为零，仅存在三个相互垂直的主应力1、 2 、3
垂直于试样表面的应变83 在二维应力下,主应力o1 2与试样表面平行,表层主 应力o3=0,但在σ1和2的 作用下,垂直于试样表面的 应变83并不为零,当材料各 向性时: 图6-3受力物体表面上的应力 3=-V(E1+62)=-(1+a2) E 63可由平行于表面的某晶面 间距d值的变化测定,即 0 doe (a1+2) 2021/2/22 AUZLP
2021/2/22 HNU-ZLP 8 垂直于试样表面的应变3 在二维应力下，主应力1、 2与试样表面平行，表层主 应力3＝0，但在1和 2 的 作用下，垂直于试样表面的 应变3并不为零，当材料各 向性时： 3可由平行于表面的某晶面 间距d值的变化测定，即： ( ) ( ) 3 1 2 1 2 = − + = − + E ( ) 1 2 0 0 3 = − + − = d E dn d
平行于表面某方向上的应力σb(1 前面推导出的公式得到的是正应力之和,但工程中 通常需某个方向上的应力,如与o1夹角为的OB方 向(图6-3)的应力σ,其测定步骤为: 1、测定应变83。由平行于表面的(hk)晶面的面 间距变化求出: N N d -d 图64应力测定时X射线束的入射方向 (a)测定4n;(b)测定d 2021/2/22
2021/2/22 HNU-ZLP 9 平行于表面某方向上的应力（1） 前面推导出的公式得到的是正应力之和，但工程中 通常需某个方向上的应力，如与1夹角为的OB方 向（图6-3）的应力，其测定步骤为： 1、测定应变3。由平行于表面的（hkl）晶面的面 间距变化求出： 0 0 3 d dn − d =
平行于表面某方向上的应力σ6(2) 2、测定与表面呈任意的v角方向上的 (hk)晶面的应变E。它由法线与试样 表面法线成v角的那些(hk)晶面的间 距变化求出,如图6-4(b) d -d 0 注意:的方向如图6-3,它 d 位于OA方向上,并与试样表 面法线N3、G6共面,V角的任 意是指在该平面内与试样表面 法线N夹角的变化 2021/2/22 AUZLP
2021/2/22 HNU-ZLP 10 平行于表面某方向上的应力（2） 2、测定与表面呈任意的角方向上的 （hkl）晶面的应变。它由法线与试样 表面法线成角的那些（hkl）晶面的间 距变化求出，如图6-4(b)： 0 0 d d − d = 注意： 的方向如图6－3，它 位于OA方向上，并与试样表 面法线Ns、 共面， 角的任 意是指在该平面内与试样表面 法线Ns夹角的变化