应力
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1
2.2 文件打开
单轴应力分析
1 执行File→New Analysis(如果是打开已经分析过的文件请使 用File→Open Analysis),选择要分析的文件WC-301.rsc，双 击。 2 一般所测文件的属性为xrdml,此时很可能出现打不开的情况， 请 在文件名上按右键，选择convert功能，在弹出的对话筐内点 ok，然后选择已经转换成的文件打开。
单轴应力分析
双轴应力分析
3、 双轴应力分析
这一部分将会以一个钢试样为例进行双轴应 力分析，同时也将会给出程序自动（按既定方法） 分析的步骤。
手动分析 打开文件 调整参数 自动分析 调整参数 打开文件 类似批处 理
应力结果
3.1 自动分析前的准备工作
3.1.1 创建新的用户记录
双轴应力分析
双轴应力分析
5. 实际应用中几个问题的讨论
软件基本介绍
1、 软件基本介 绍
下拉菜单 分析参数 调整面板
工具栏
扫面结果 显示面板
扫描结果参数及应力 计算结果显示面板
拟合曲线 显示面板
状态栏
单轴应力分析
2.1 出厂默认设置确认
2、 单轴应力分析
Factory Defaults(出厂默认设置)的确认; 2 否则，可以选择下拉菜单Tools→User Defaults, 在name一栏复选筐中选择Factory Defaults。
宏观应力测定
材料的内应力指当产生应力的 各种因素（如外力，温度、加工处 理过程等）不复存在时，由于不均 匀的塑性变形或相变而使材料内部 依然存在的并自身保持平衡的残余 应力。
宏观应力
• ＊第一类是内应力是在物体较大范 围内或许多晶粒范围内存在并保持 平衡的应力。称之为宏观应力。它 能使衍射线产生位移。
剪切应力
பைடு நூலகம்
主应力之和
SigmaPhi=-250.9MPa, 其中的负号表示应力为压应力 TauPhi(剪切应力)在这里不研究, 因此这一项为空 因为测量单轴应力的Phi角固定,所以Phi值只有一个
单轴应力分析
2.6 分析参数的调整选择
应力结果虽然已经计算出来,但是这是根据程序自动选 择的分析参数进行分析的结果,在这里我们也可以在 Analysis Parameters 面板里,根据自己所测样品的实际情况 进行分析参数的调整,可以进一步优化所得到的结果。
3）由ε3、εψ求ζφ。对各向同性和弹性体。 由弹性力学原理有：
d d0 d0
d n d0 (1 ) sin 2 d0 E
d d0 d0
E
(1 ) sin 2
• 这是宏观应力测定的基础公式。
sin
2
1 2 sin ( 1 2 ) E E
微观内应力
• ＊第二类内应力是在一个或少数晶粒范围 内存在并保持平衡的内应力。微观内应力。 它一般能使衍射峰宽化。
超微观内应力
• ＊第三类内应力是在若干原子范围存在并 保持平衡的内应力。超微观内应力。它能 使衍射线减弱
宏观应力测试方法
• 机械测量法:分割全释放法、逐层 剥层法、盲孔法、Gunter 切铣环 槽法、钻阶梯孔法、套取芯棒法、 套取芯棒法、内孔直接贴片法以及 释放管孔周应变测量法。 • 物理测量法: X 射线衍射法、磁性 法、超声波法以及固有应变法。
• Position Correction: 峰位校正,依据是有效透入深度 • Absorption Factor for:吸收因子对象,有三个选项,分别是
Bul- k sample, Transparent Layers, Layers (general case)
• Thickness of the layer(μm): 层厚,只是针对Absorption Factor for中的Transparent Layers, Layers (general case)两项
单轴应力分析
2.6.5 K-Alph2-Stripping(Kα2剥除) 在K-Alph2-Stripping(Kα2剥除)选项前打勾，进行 Kα2的剥除，点击Apply To All Scan。
单轴应力分析
2.6.6 Peak Position (峰位确定)
Center of gravity(重心法) Sliding center of gravity(可调整重心法) Parabola(抛物线法):尖锐的峰 Gauss(高斯法) Lorentz(洛伦兹法) Pearson Ⅶ(皮尔森法) Middle of width at ％ height(半高法):漫散的峰 Cross-correlation(互相关联法)
1 2 E sin
1 sin 2 E
ctg
2 ctg 0 ( 2 2 0 ) 2
2
2 E ctg 0 2(1 ) 180 sin 2
K1 M
3 (1 2 )
d n d0 (1 2 ) d0 E
E
( 1 2 )
工程中人们更关心的是某个方向上的应力， 如ζφ。这就需要经过两次测量应变才能求 得如ζφ。即除了测定垂直表面的应变ε3外， 还要测ζ3和ζφ构成的平面内某个方向（如 oa方向）的应变εψ。
• 最小二乘法计算M=1.965 • 查表得K1=-318.1MPa/（º)
0 K1M 625.1MPa
精度保证
• • • • 样品表面处理 辐射选择 吸收因子与角因子校正 峰位确定
软件及应用举例
1. 软件基本介绍
主 要 内 容
2. 单轴应力分析 3. 双轴应力分析 4. 误差分析及补偿校正
d d 0 d d0 d0
d y E y E d0
对各向同性的物 质
x z y
dn d0 z d0
只要测出z方向上晶面间距的变化Δd， 就可算出y方向上应力的大小。而 晶面间距的变化是通过测量衍射线 的位移Δθ得到的。 由布拉格方程微分得：
所创建新的用户记录,为了区别于原有工厂默认记 录，在Material（材料）一项中，用一个人头做了标识， 而且，可以对它进行编辑或者删除，而对原有工厂默认 记录是不能够做编辑或者删除操作的。
单轴应力分析
2.6.1 Divergence Slit（发散狭缝）
根据所做实验的实际情况，这一项是在Omega-stress测量 时,使用 ADS（自动发散狭缝）时才使用的， 如果是使用的 FDS （固定发散狭缝）或者是进行Psi-stress测量，就不用选 择这一项。
单轴应力分析
2.6.2 Absorption/Transparency（吸收与透光度）
• 由M值判断应力类型
•
2 ~ sin
2
作图以最小二乘法得到M
实验方法
• 衍射仪法 • 应力仪法
低碳钢衍射仪法测应力
• 靶材：Cr • 测晶面（211） • 0 0 应变测定 2 154 . 92 • 78.2 附近扫描，得到精确 • 为任意角测定
当试样中存在宏观内应力时，会使 衍射线产生位移。这就给我们提供 用x射线衍射方法测定宏观内应力 的实验依据，即可以通过测量衍射 线位移，来测定宏观内应力。
x射线行射方法测定的实际上是应变。 而宏观内应力是通过弹性模量由应 变算出来的。
二、宏观应力测定的原理 1、单轴应力：最简单的受力状态是单轴。
单轴应力分析
2.3 去掉剪切应力
将Analysis Parameters 面板中shear stress一项 前面的勾去掉，这里不研究剪切应力。
单轴应力分析
2.4 材料及其弹性常数的选择
1 在Analysis Parameters 面板里点击Database按纽， 进入XEC Database选择窗口
单轴应力分析
• Intensity Correction: 这是软件的默认选择, 也就是只要选择
Absorption/Transparency这一项,软件就会自动进行强度校正.
• Information depth (Tau):
深度信息显示, 即X射线的有效 透入深度, 与所测材料以及θ和ψ有关.
单轴应力分析
2.6.4 Lorentz-Polarisition(洛伦兹偏振)
其中有三个选项可以选择，第一是Texture(织构)，如果 所用材料不是织构材料，请选择weak项，否则，选择strong 项；第二是Structure broadening(结构宽化)；第三是 Monochromator factor（单色器因子），如果在实验中用了单 色器，请按实际情况填写，若没有使用，请勿改动。
单轴应力分析
2.6.8 Stress(应力)
应力选项是软件的默认显示。在其右边筐里有下列几项内容： • Method（分析方法）复选筐中有两个备选项，Uniaxia sin squared psi是用做单轴应力的，而Misalignment 是用做误差分 析的； • Material(所用材料)在2.4中已有说明； • Wavelength for calculation（计算用波长）是所用靶材的KAlph1，也可以选择K-Alph1+2，但是这应该与前面的K-Alph2 剥除相对应,而且这两者的应力计算结果是一样的 ； • Stress free d-spacing（无应力晶面间距）与Strain free sin2Psi（无应变sin2Psi）都是参考值,但在某些定峰方法中就 要用到这些值,比如说Cross-correlation(相互关联法),； • 另外还有Shear stress(剪切应力)可供选择。
4 然后点击OK,确认选择。 此时在Analysis Parameters 面板中的 Material（材料）一项中已经 出现了 WC以及 WC的S1和1/2S2值，而且在屏幕 右下方的应力结果面板里，应力结 果已经被计算出 来。
单轴应力分析
单轴应力分析
2.5 单轴应力结果
StdDev 为标准差
单轴应力分析
2 根据所测材料不同，可分别选择Isotropic elastic constants （各向同性弹性常数）、 X-ray elastic constants （ X射线弹 性常数）和Single crystal elastic constants（单晶体弹性常 数） 。这里应该选择各向同性弹性常数。 3 紧接着在窗口中间的物质列表中找到WC,单击,可以在下方的 显示筐中显示出WC材料的详细信息 。
1）首先测量与表面平行的晶面( hkl)的应变， 即测定与表面平行的晶面的晶面间距的变 化。
d0为无应力状态下(hkl)晶面的晶面间距。dn为 某晶粒在ζ3方向的晶面间距。
2）测量与表面呈ψ角上相同晶面（hkl）的应 变。 d0为无应力状态下(hkl)晶面的 晶面间距。dψ为某晶粒在ζψ方向的晶面间 距。
定 峰 方 法
各种方法都是各有所长，不同情况选择不同的定峰方法， 如果各种方法均不理想，也可以通过 Manually（手动法）来调 节，但是不能滥用手动法，否则可能会导致结果的可信度大大 降低。
单轴应力分析
单轴应力分析
2.6.7 Misalignment correction(误差校正)
此选项是在做误差校正时选择的，此时不予 考虑。
• Linear absorp.coeff.(1/cm): 线吸收系数
单轴应力分析
2.6.3 Background（背底校正）
进行背底校正，有四种方式可供选择，分别是线性、 线性+范围、常数、常数+范围。
注: 因为目前没有一种很简单的方法能够比较正确的进行 背底的校正，因此，建议不要进行背底校正，但有时也 是需要的。
这是测定单轴应力的基本公式
2、平面应力 二维应力 X射线测量深度有限，接近二维应力。
在物体的自由表面上，若任意切割出一单元 体。则该单元体受两个垂直方向ζ1和ζ2的 应力作用。这两个应力的数值随所选单元 体方位的不同而变化，但二者之和为常数。 虽然垂直于物体表面的方向上应力值ζ3为零， 应变ε3并不等于零。而是与平面方向的主 应力之和有关。
2.2 文件打开
单轴应力分析
1 执行File→New Analysis(如果是打开已经分析过的文件请使 用File→Open Analysis),选择要分析的文件WC-301.rsc，双 击。 2 一般所测文件的属性为xrdml,此时很可能出现打不开的情况， 请 在文件名上按右键，选择convert功能，在弹出的对话筐内点 ok，然后选择已经转换成的文件打开。
单轴应力分析
双轴应力分析
3、 双轴应力分析
这一部分将会以一个钢试样为例进行双轴应 力分析，同时也将会给出程序自动（按既定方法） 分析的步骤。
手动分析 打开文件 调整参数 自动分析 调整参数 打开文件 类似批处 理
应力结果
3.1 自动分析前的准备工作
3.1.1 创建新的用户记录
双轴应力分析
双轴应力分析
5. 实际应用中几个问题的讨论
软件基本介绍
1、 软件基本介 绍
下拉菜单 分析参数 调整面板
工具栏
扫面结果 显示面板
扫描结果参数及应力 计算结果显示面板
拟合曲线 显示面板
状态栏
单轴应力分析
2.1 出厂默认设置确认
2、 单轴应力分析
Factory Defaults(出厂默认设置)的确认; 2 否则，可以选择下拉菜单Tools→User Defaults, 在name一栏复选筐中选择Factory Defaults。
宏观应力测定
材料的内应力指当产生应力的 各种因素（如外力，温度、加工处 理过程等）不复存在时，由于不均 匀的塑性变形或相变而使材料内部 依然存在的并自身保持平衡的残余 应力。
宏观应力
• ＊第一类是内应力是在物体较大范 围内或许多晶粒范围内存在并保持 平衡的应力。称之为宏观应力。它 能使衍射线产生位移。
剪切应力
பைடு நூலகம்
主应力之和
SigmaPhi=-250.9MPa, 其中的负号表示应力为压应力 TauPhi(剪切应力)在这里不研究, 因此这一项为空 因为测量单轴应力的Phi角固定,所以Phi值只有一个
单轴应力分析
2.6 分析参数的调整选择
应力结果虽然已经计算出来,但是这是根据程序自动选 择的分析参数进行分析的结果,在这里我们也可以在 Analysis Parameters 面板里,根据自己所测样品的实际情况 进行分析参数的调整,可以进一步优化所得到的结果。
3）由ε3、εψ求ζφ。对各向同性和弹性体。 由弹性力学原理有：
d d0 d0
d n d0 (1 ) sin 2 d0 E
d d0 d0
E
(1 ) sin 2
• 这是宏观应力测定的基础公式。
sin
2
1 2 sin ( 1 2 ) E E
微观内应力
• ＊第二类内应力是在一个或少数晶粒范围 内存在并保持平衡的内应力。微观内应力。 它一般能使衍射峰宽化。
超微观内应力
• ＊第三类内应力是在若干原子范围存在并 保持平衡的内应力。超微观内应力。它能 使衍射线减弱
宏观应力测试方法
• 机械测量法:分割全释放法、逐层 剥层法、盲孔法、Gunter 切铣环 槽法、钻阶梯孔法、套取芯棒法、 套取芯棒法、内孔直接贴片法以及 释放管孔周应变测量法。 • 物理测量法: X 射线衍射法、磁性 法、超声波法以及固有应变法。
• Position Correction: 峰位校正,依据是有效透入深度 • Absorption Factor for:吸收因子对象,有三个选项,分别是
Bul- k sample, Transparent Layers, Layers (general case)
• Thickness of the layer(μm): 层厚,只是针对Absorption Factor for中的Transparent Layers, Layers (general case)两项
单轴应力分析
2.6.5 K-Alph2-Stripping(Kα2剥除) 在K-Alph2-Stripping(Kα2剥除)选项前打勾，进行 Kα2的剥除，点击Apply To All Scan。
单轴应力分析
2.6.6 Peak Position (峰位确定)
Center of gravity(重心法) Sliding center of gravity(可调整重心法) Parabola(抛物线法):尖锐的峰 Gauss(高斯法) Lorentz(洛伦兹法) Pearson Ⅶ(皮尔森法) Middle of width at ％ height(半高法):漫散的峰 Cross-correlation(互相关联法)
1 2 E sin
1 sin 2 E
ctg
2 ctg 0 ( 2 2 0 ) 2
2
2 E ctg 0 2(1 ) 180 sin 2
K1 M
3 (1 2 )
d n d0 (1 2 ) d0 E
E
( 1 2 )
工程中人们更关心的是某个方向上的应力， 如ζφ。这就需要经过两次测量应变才能求 得如ζφ。即除了测定垂直表面的应变ε3外， 还要测ζ3和ζφ构成的平面内某个方向（如 oa方向）的应变εψ。
• 最小二乘法计算M=1.965 • 查表得K1=-318.1MPa/（º)
0 K1M 625.1MPa
精度保证
• • • • 样品表面处理 辐射选择 吸收因子与角因子校正 峰位确定
软件及应用举例
1. 软件基本介绍
主 要 内 容
2. 单轴应力分析 3. 双轴应力分析 4. 误差分析及补偿校正
d d 0 d d0 d0
d y E y E d0
对各向同性的物 质
x z y
dn d0 z d0
只要测出z方向上晶面间距的变化Δd， 就可算出y方向上应力的大小。而 晶面间距的变化是通过测量衍射线 的位移Δθ得到的。 由布拉格方程微分得：
所创建新的用户记录,为了区别于原有工厂默认记 录，在Material（材料）一项中，用一个人头做了标识， 而且，可以对它进行编辑或者删除，而对原有工厂默认 记录是不能够做编辑或者删除操作的。
单轴应力分析
2.6.1 Divergence Slit（发散狭缝）
根据所做实验的实际情况，这一项是在Omega-stress测量 时,使用 ADS（自动发散狭缝）时才使用的， 如果是使用的 FDS （固定发散狭缝）或者是进行Psi-stress测量，就不用选 择这一项。
单轴应力分析
2.6.2 Absorption/Transparency（吸收与透光度）
• 由M值判断应力类型
•
2 ~ sin
2
作图以最小二乘法得到M
实验方法
• 衍射仪法 • 应力仪法
低碳钢衍射仪法测应力
• 靶材：Cr • 测晶面（211） • 0 0 应变测定 2 154 . 92 • 78.2 附近扫描，得到精确 • 为任意角测定
当试样中存在宏观内应力时，会使 衍射线产生位移。这就给我们提供 用x射线衍射方法测定宏观内应力 的实验依据，即可以通过测量衍射 线位移，来测定宏观内应力。
x射线行射方法测定的实际上是应变。 而宏观内应力是通过弹性模量由应 变算出来的。
二、宏观应力测定的原理 1、单轴应力：最简单的受力状态是单轴。
单轴应力分析
2.3 去掉剪切应力
将Analysis Parameters 面板中shear stress一项 前面的勾去掉，这里不研究剪切应力。
单轴应力分析
2.4 材料及其弹性常数的选择
1 在Analysis Parameters 面板里点击Database按纽， 进入XEC Database选择窗口
单轴应力分析
• Intensity Correction: 这是软件的默认选择, 也就是只要选择
Absorption/Transparency这一项,软件就会自动进行强度校正.
• Information depth (Tau):
深度信息显示, 即X射线的有效 透入深度, 与所测材料以及θ和ψ有关.
单轴应力分析
2.6.4 Lorentz-Polarisition(洛伦兹偏振)
其中有三个选项可以选择，第一是Texture(织构)，如果 所用材料不是织构材料，请选择weak项，否则，选择strong 项；第二是Structure broadening(结构宽化)；第三是 Monochromator factor（单色器因子），如果在实验中用了单 色器，请按实际情况填写，若没有使用，请勿改动。
单轴应力分析
2.6.8 Stress(应力)
应力选项是软件的默认显示。在其右边筐里有下列几项内容： • Method（分析方法）复选筐中有两个备选项，Uniaxia sin squared psi是用做单轴应力的，而Misalignment 是用做误差分 析的； • Material(所用材料)在2.4中已有说明； • Wavelength for calculation（计算用波长）是所用靶材的KAlph1，也可以选择K-Alph1+2，但是这应该与前面的K-Alph2 剥除相对应,而且这两者的应力计算结果是一样的 ； • Stress free d-spacing（无应力晶面间距）与Strain free sin2Psi（无应变sin2Psi）都是参考值,但在某些定峰方法中就 要用到这些值,比如说Cross-correlation(相互关联法),； • 另外还有Shear stress(剪切应力)可供选择。
4 然后点击OK,确认选择。 此时在Analysis Parameters 面板中的 Material（材料）一项中已经 出现了 WC以及 WC的S1和1/2S2值，而且在屏幕 右下方的应力结果面板里，应力结 果已经被计算出 来。
单轴应力分析
单轴应力分析
2.5 单轴应力结果
StdDev 为标准差
单轴应力分析
2 根据所测材料不同，可分别选择Isotropic elastic constants （各向同性弹性常数）、 X-ray elastic constants （ X射线弹 性常数）和Single crystal elastic constants（单晶体弹性常 数） 。这里应该选择各向同性弹性常数。 3 紧接着在窗口中间的物质列表中找到WC,单击,可以在下方的 显示筐中显示出WC材料的详细信息 。
1）首先测量与表面平行的晶面( hkl)的应变， 即测定与表面平行的晶面的晶面间距的变 化。
d0为无应力状态下(hkl)晶面的晶面间距。dn为 某晶粒在ζ3方向的晶面间距。
2）测量与表面呈ψ角上相同晶面（hkl）的应 变。 d0为无应力状态下(hkl)晶面的 晶面间距。dψ为某晶粒在ζψ方向的晶面间 距。
定 峰 方 法
各种方法都是各有所长，不同情况选择不同的定峰方法， 如果各种方法均不理想，也可以通过 Manually（手动法）来调 节，但是不能滥用手动法，否则可能会导致结果的可信度大大 降低。
单轴应力分析
单轴应力分析
2.6.7 Misalignment correction(误差校正)
此选项是在做误差校正时选择的，此时不予 考虑。
• Linear absorp.coeff.(1/cm): 线吸收系数
单轴应力分析
2.6.3 Background（背底校正）
进行背底校正，有四种方式可供选择，分别是线性、 线性+范围、常数、常数+范围。
注: 因为目前没有一种很简单的方法能够比较正确的进行 背底的校正，因此，建议不要进行背底校正，但有时也 是需要的。
这是测定单轴应力的基本公式
2、平面应力 二维应力 X射线测量深度有限，接近二维应力。
在物体的自由表面上，若任意切割出一单元 体。则该单元体受两个垂直方向ζ1和ζ2的 应力作用。这两个应力的数值随所选单元 体方位的不同而变化，但二者之和为常数。 虽然垂直于物体表面的方向上应力值ζ3为零， 应变ε3并不等于零。而是与平面方向的主 应力之和有关。