X射线应力检测系统的扩展与应用

摘要

从X射线衍射的原理出发，按布拉格方程关系，以X射线检测多晶体材料的应力理论为依据，将检测原理和不同的方案处理方法编制成相应软件，对力学实验中心原有的日本应力仪实现了以下功能的扩展：①将原有测量过程中的黑箱变成白箱，实现了衍射图形的实时动态显示、衍射全过程一目了然，为进一步的理论分析提供了平台条件。②可任意设置测量站的数目和位置，还可对同一位置进行重复测量；③可任意添加新的材料种类和应力常数，实现检测种类的无限扩展；④增加了新的数据处理方法，可选用不同的方法；⑤可从多个衍射峰中选取其中一个进行处理；⑥对得到的试验数据进行人工筛选，剃除无效的数据点。 通过对铁粉进行了几十次的检测，测试结果都在±20MPa以内，达到了原日本仪器的精度要求，证实了测量软件的准确度和精确度。 以所开发的系统软件为平台，针对不锈钢、铝合金、钛合金等材料用X射线法难以测量的问题开展了系列研究。为进一步扩展x射线法的应用功能，研究了不同材料的衍射特性。将碳钢、铝合金、不锈钢、钛合金材料制成具有标准理论解的等强梁并进行多次加载标定，利用所开发的新系统软件，与应变片电测法、理论计算法及原仪器的检测结果进行对比，寻找工程实际应用中对这些材料的检测方法。 结果表明：各种等强梁的电测法实验结果均与理论结果相吻合，两者之间的误差均小于1～3％。①对碳钢等强梁的标定中发现，本文结果与日本仪器的检测结果变化趋势基本相似，两者之间的最大误差小于16MPa，但与理论值应力变化趋势相近但不完全相同。7次加载误差绝对值的平均值为：日本仪器为17.40MPa，本文结果为：半高宽法15.54 MPa，抛物线法15.59/MPa。②对不锈钢等强梁的标定中发现，不锈钢在X射线衍射时会出现两个衍射峰，虽然在127°的K<,α>衍射峰非常明显，但实验证明用该衍射峰测得的应力不能反映出材料的真实应力，而149°的K<,β>衍射峰虽然不明显，但却可以正确反映出不锈钢的残余应力。③对铝合金等强梁的标定中发现，功能扩展后的应力仪的检测结果与理论法及电测法的结果变化趋势几乎完全相同，但与理论法和电测法的结果总有一个固定的差值。铝合金材料同样也存在双衍射峰，156°的衍射峰能够真实反映应力变化，而141°的衍射峰则不能反映出材料的真实应力。 研究表明：某些角度的X射线衍射峰并不能反映应力的真实变化，这在不锈钢、铝合金等材料中具有共性，该问题有待于进一步深入研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景

1.2残余应力测量方法

1.3国内外X射线应力检测研究现状

1.4本文研究内容与意义

1.4.1研究内容

1.4.2研究意义

第2章X射线法残余应力测试原理

2.1残余应力概念的界定

2.2 X射线衍射应力分析的基本原理

2.2.1 X射线在晶体中的衍射

2.2.2正应力的测量

2.3 X射线衍射峰基本参数的物理学意义

2.3.1衍射峰位置(P)

2.3.1衍射峰半高宽(HW)

2.4本章小结

第3章软件编程及特色

3.1现有应力仪功能及存在的问题

3.1.1现有应力仪功能

3.1.2现有应力仪缺陷

3.1.3解决问题的思路

3.2软件设计思路

3.2.1计算机与单片机之间的通讯

3.2.2实验参数设置

3.2.3测量

3.2.4数据处理

3.3本章小结

第4章实验验证及标定方法

4.1概述

4.2无应力铁粉的检测对比

4.2.1铁粉试样的制作

4.2.2铁粉试样的对比测量

4.3等强梁法标定

4.3.1等强梁的理论分析模型

4.3.2等强梁法标定过程介绍

4.3.3碳钢等强梁的标定

4.3.4铝合金等强梁的标定

4.3.5不锈钢等强梁的标定

4.3.6钛合金等强梁的标定

4.4本章小结

第五章工程应用

5.1项目来源

5.2残余应力检测

5.2.1确定应力检测方向

5.2.2表面处理

5.2.3应力检测

5.2.4检测结果

5.2.5结果分析

结论与展望

1结论

2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢