残余应力无损测试技术
压痕法残余应力测试
压痕法残余应力测试压痕法残余应力测试是一种常用的测试方法，用于评估材料表面的残余应力。
在材料制备或使用过程中，由于各种因素的影响，材料内部会形成一定的应力场。
这些残余应力可能会影响材料的性能和寿命，因此了解和控制残余应力对于材料工程来说非常重要。
在进行压痕法残余应力测试时，首先需要在待测试材料的表面施加一个样品尺寸相对较小的压痕。
这个压痕通常采用金刚石压头或硬质球体进行，因为金刚石具有较高的硬度和刚性，能够施加较大的压力而不易变形。
通过压痕产生的弹性变形和塑性变形，可以间接地测量出残余应力的大小和分布情况。
压痕法残余应力测试的原理是基于弹性力学和塑性力学的基本理论。
在施加压痕之前，材料表面是没有残余应力的。
但是，由于压痕会引起材料的局部弹性变形和塑性变形，会在其周围产生一定的应力场。
这些残余应力是由变形过程中的弹性回复和塑性留下的位错等缺陷引起的。
通过测量压痕的大小和形状以及周围材料的变形情况，可以计算出残余应力的大小和分布情况。
通常，在进行压痕法残余应力测试时，会使用光学显微镜或扫描电子显微镜等设备对压痕进行观测和测量。
通过分析压痕的几何形状参数，结合合适的数学模型和理论，可以得到残余应力的精确值。
压痕法残余应力测试在材料科学和工程的许多领域中得到了广泛的应用。
它可以用于评估不同材料的制备工艺对残余应力的影响，以及不同材料在使用过程中的变化情况。
压痕法残余应力测试还可以用于研究材料的应力分布和应力引起的变形行为，进一步理解材料的力学性能和行为规律。
总结回顾起来，压痕法残余应力测试是一种基于压痕的方法，用于评估材料表面的残余应力。
通过测量压痕的大小和形状，以及分析周围材料的变形情况，可以计算出残余应力的大小和分布情况。
这项测试在材料科学和工程领域具有广泛的应用，对于了解和控制材料的残余应力非常重要。
在本次的文章中，我们介绍了压痕法残余应力测试的基本原理和测试方法。
通过这项测试，可以评估材料表面的残余应力，进一步了解材料的性能和寿命。
x射线衍射测量残余应力实验指导书
X射线衍射方法测量材料的残余应力一、实验目的与要求1.了解材料的制备过程及残余应力特点。
2.掌握X射线衍射（XRD）方法测量材料残余应力的实验原理和方法。
二、了解表面残余应力的概念、分类及测试方法种类, 掌握XRD仪器设备的操作过程。
三、实验基本原理和装置..1.X射线衍射测量残余应力原理当多晶材料中存在内应力时, 必然还存在内应变与之对应, 导致其内部结构(原子间相对位置)发生变化。
从而在X射线衍射谱线上有所反映, 通过分析这些衍射信息, 就可以实现内应力的测量。
材料中内应力分为三大类。
第I类应力, 应力的平衡范围为宏观尺寸, 一般是引起X射线谱线位移。
由于第I类内应力的作用与平衡范围较大, 属于远程内应力, 应力释放后必然要造成材料宏观尺寸的改变。
第II类内应力, 应力的平衡范围为晶粒尺寸, 一般是造成衍射谱线展宽。
第III类应力, 应力的平衡范围为单位晶胞, 一般导致衍射强度下降。
第II类及第III类内应力的作用与平衡范围较小, 属于短程内应力, 应力释放后不会造成材料宏观尺寸的改变。
在通常情况下, 我们测得是残余应力是指第一类残余应力。
当材料中存在单向拉应力时, 平行于应力方向的(hkl)晶面间距收缩减小(衍射角增大), 同时垂直于应力方向的同族晶面间距拉伸增大(衍射角减小), 其它方向的同族晶面间距及衍射角则处于中间。
当材料中存在压应力时, 其晶面间距及衍射角的变化与拉应力相反。
材料中宏观应力越大, 不同方位同族晶面间距或衍射角之差异就越明显, 这是测量宏观应力的理论基础。
原理见图1。
由于X射线穿透深度很浅, 对于传统材料一般为几十微米, 因此可以认为材料表面薄层处于平面应力状态, 法线方向的应力(σz )为零。
当然更适用于薄膜材料的残余应力测量。
图1 x 射线衍射原理图图2中φ及ψ为空间任意方向OP 的两个方位角, εφψ 为材料沿OP 方向的弹性应变, σx 及σy 分别为x 及y 方向正应力。
表面残余应力测试技术研究及应用现状
表面残余应力测试技术研究及应用现状表面残余应力测试技术研究及应用现状摘要: 在生产、处理或加工材料的过程中，由于材料的局部区域的不均匀塑性变形，产生了残余应力。
残余应力对疲劳强度、抗蚀性、尺寸稳定性、相变、硬度等均有影响; 提高表面塑变抗力，降低表层的有效拉应力，可以抑制疲劳裂纹的萌生和扩展，提高疲劳强度。
本文主要介绍一些常用的表面残余应力的测试技术以及应用现状。
关键词:表面残余应力;X －射线衍射; 测试参数金属材料在热处理、表面处理、表面改性、塑性变形加工等各种冷热加工之后或在切削、研磨、装配、铸造、焊接等加工工艺之后，材料的局部区域产生了不均匀的塑性变形，必然会产生内应力。
残余应力是一种弹性应力，它与材料中局部区域存在的残余弹性应变相联系，是材料中发生了不均匀的弹性形变或不均匀的弹塑性变形而引起的，或者说是材料的弹性各向异性或塑性各向异性的反映。
这种残余应力对疲劳强度、抗蚀性、尺寸稳定性、相变、硬度等均有影响。
此外，绝大多数机件的疲劳破坏是从表面开始的。
由于残余应力而影响或导致的机械零件失效达50% 以上，这也是工程界越来越关注的产品失效问题。
下面就介绍几种表面残余应力的测定技术。
目前广泛应用的残余应力测试方法可分为两大类：物理方法和机械方法。
物理法有X 射线法、磁测法和超声波法等；机械法也称应力释放法如电侧（盲孔、切割、套孔及逐次去层）法及光弹贴片钻孔法。
此外, 近些年还出现了硬度测定法、压痕测定法、全息干涉法、错位散斑干涉法、脆性涂层法等。
一、测定法简单介绍X 射线测定法X 射线衍射技术来测定材料中的残余应力，其测定的基本原理是基于X 射线衍射理论。
当一束具有一定波长λ的X 射线照射到多晶体上时，会在一定的角度2θ上接收到反射的X 射线强度极大值( 即所谓衍射峰) ，这便是X 射线衍射现象( 如下图) 。
X 射线的波长λ、衍射晶面间距d 和衍射角2θ之间遵从著名的布拉格定律:2d sinθ= n λ( n = 1，2，3……)在已知X 射线波长λ的条件下，布拉格定律把宏观上可以测量的衍射角2θ与微观的晶面间距d 建立确定的关系。
钻孔法测量残余应力
钻孔法测量残余应力测量原理钻孔法测量残余应力是基于材料力学中的应力释放原理。
当在材料表面钻孔时，孔周围的材料会发生弹性变形，这种变形会受到材料内部的残余应力的影响。
通过测量钻孔后的表面位移，可以确定孔周围的残余应力状态。
实验步骤钻孔法测量残余应力的实验步骤如下：1、选择合适的材料试件，进行表面处理，确保表面平整无杂质。
2、使用高精度的钻机在材料试件的表面钻孔，钻孔直径一般在0.5-1.0mm之间，孔深约为10-20mm。
3、在钻孔前、钻孔后和取下钻屑后分别使用光学显微镜观察孔周围的表面形貌，并记录下来。
4、根据观察到的表面形貌变化，计算出钻孔前后的位移量。
5、根据位移量和材料的弹性常数，计算出孔周围的残余应力。
精度分析钻孔法测量残余应力的精度主要受到以下因素的影响：1、钻孔直径和深度的精度：钻孔直径和深度的变化会影响位移量的测量精度，进而影响残余应力的计算精度。
2、表面处理质量：表面处理不干净会导致钻头受损，从而影响钻孔质量。
3、观察和测量误差：观察和测量表面形貌变化的过程中可能存在误差，导致位移量的计算不准确。
4、材料本身的力学性能：材料的弹性常数等力学性能参数的准确性也会影响残余应力的计算精度。
为了提高精度，需要采取以下措施：1、使用高精度的钻机和测量设备，确保钻孔直径和深度的准确性。
2、加强表面处理，确保表面干净无杂质。
3、使用高精度的光学显微镜进行观察和测量，减少人为误差。
4、对材料试件进行详细的质量和性能检测，确保其符合实验要求。
数据处理根据实验步骤中记录的位移量和材料的弹性常数，可以计算出孔周围的残余应力。
一般而言，钻孔法测量残余应力的数据处理可以采用以下步骤：1、计算钻孔前后的位移量差值，得到孔周围的位移变化量。
2、根据位移变化量和材料的弹性常数，利用应力释放原理计算孔周围的残余应力。
3、将计算得到的残余应力与实验前的预测值进行比较，评估测量结果的准确性。
4、如果测量结果不满足要求，可能需要重新进行实验，并检查实验步骤和数据处理方法是否正确。
残余应力测试
2.测试方法目前常用的残余应力测试方法主要有三种：一是盲孔法，二是X射线衍射法，三是磁弹性法。
盲孔法需在工件表面测量部位钻φ1.5~2mm深2mm的小孔（粘贴专用应变花），通过测读释放应变确定残余应力的大小，所测应力为孔深范围内的平均应力，同一测点无法重复测量比较；X射线衍射法可以做到无损测试，但由于X射线穿透力有限，一般只能测出几个微米范围内平均应力；磁弹性法是近几年发展较快应用比较成熟的一种残余应力测试方法，具有方便、无损、快速、准确的特点。
对采用盲孔法和X射线衍射法检测残余应力，施工强度大，测量精度难以保证。
尤其盲孔法不能对同一位置进行重复性测量，测量数据的符合性差。
因此，三峡发电机组转子圆盘支架焊缝残余应力的测试采用了磁弹法技术。
残余应力的测量方法残余应力的测量方法可以分为有损和无损两大类。
有损测试方法就是应力释放法，也可以称为机械的方法；无损方法就是物理的方法。
机械方法目前用得最多的是钻孔法（盲孔法），其次还有针对一定对象的环芯法。
物理方法中用得最多的是X射线衍射法，其他主要物理方法还有中子衍射法、磁性法和超声法。
X射线衍射法依据X射线衍射原理，即布拉格定律。
布拉格定律把宏观上可以准确测定的衍射角同材料中的晶面间距建立确定的关系。
材料中的应力所对应的弹性应变必然表征为晶面间距的相对变化。
当材料中有应力σ存在时，其晶面间距d 必然随晶面与应力相对取向的不同而有所变化，按照布拉格定律，衍射角2θ也会相应改变。
因此有可能通过测量衍射角2θ随晶面取向不同而发生的变化来求得应力σ。
从这里可以看出X射线衍射法测定应力的原理是成熟的，经过半个多世纪的历程，在国内外，测量方法的研究深入而广泛，测试技术和设备已经比较完善，不但可以在实验室进行研究，可且可以应用到各种实际工件，包括大型工件的现场测量。
化工设备残余应力无损检测方法
化工设备残余应力无损检测方法发布时间：2021-07-05T17:18:54.650Z 来源：《基层建设》2021年第10期作者：刘智[导读] 摘要：残余应力可导致金属材料发生应力腐蚀开裂、疲劳寿命下降等问题，是设备失效的主要诱因之一。
陕西西宇无损检测有限公司摘要：残余应力可导致金属材料发生应力腐蚀开裂、疲劳寿命下降等问题，是设备失效的主要诱因之一。
据统计，应力腐蚀开裂造成的设备事故在整个石化设备腐蚀破坏事故中的比例高达50%左右。
化工设备制造过程中的焊接等工艺将产生明显的残余应力，是生产环境下焊接接头失效的重要诱因。
化工设备在焊接后通常会进行整体或局部热处理以降低有害的残余拉应力，但一般不会对处理后的残余应力进行检测，难以保证处理的有效性。
因此，选择适用于化工设备的残余应力测量方法，可根据应力值评估设备的安全风险，指导、评价残余应力的处理和改善，对提高设备的安全性能和使用寿命具有重要意义。
关键词：化工设备；残余应力；无损检测引言残余应力检测方法可分为有损方法和无损方法两大类。
有损检测方法是指移除被测对象的部分材料使残余应力得到释放，通过测量产生的应变实现残余应力的检测，包括剥层法[2]、全应变释放法、环芯法和钻孔法等。
但该类方法对材料会产生不同程度的破坏，对于安全性要求较高的化工设备难以应用。
因此，对于化工设备尤其是在用设备的残余应力，一般选择无损方法进行检测。
目前，已有部分学者对各类残余应力检测方法进行了综述和比较[6-8]，但并未结合化工设备的实际检测条件进行分析和评估。
本文结合化工设备的特点和实际应用情况，分析了化工设备对残余应力检测方法的具体要求，对现有方法的技术特点和适用工况进行了整理和总结，并对化工设备残余应力的检测方案进行了探讨。
1无损检测技术概述无损检测技术是一种在不损坏被检测对象使用性能及结构特征的前提下，借助声、光、电、磁等介质对被检测对象中是否存在结构缺陷或者材质不均匀等问题进行检测，并将缺陷的大小位置等信息进行判定显示的检测技术。
残余应力测定方法(精)
第二章残余应力测定方法残余应力的测定方法大致可分为机械测量法和物理测量法两类。
物理测量法包括X射线法、磁性法、和超声波法等。
它们分别利用晶体的X射线衍射现象.材料在应力作用下的磁性变化和超声效应来求得残余应力的量值。
它们是无损的测量方法。
其中X射线法使用较多，比较成熟，被认为是物理测量法中较为精确的一种测量方法。
磁弹性法和超声波法均是新方法，尚不成熟，但普遍地认为是有发展前途的两种测试方法。
物理法的测试设备复杂.昂贵.精度不高。
特别是应用于现场实测时，都有一定的局限性和困难。
机械方法包括切割法、套环法和钻孔法（下面主要介绍）等，它是把被测点的应力给予释放，并采用电阻应变计测量技术测出释放应变而计算出原有残余应力。
残余应力的释放方法是通过机械切割分离或钻一盲孔等方法，因此它是一种破坏性或半破坏性的测量方法，但它具有简单、准确等特点。
从两类方法的测试功能来说，机械方法以测试宏观残余应力为目的，而物理方法则测试宏观应力与微观应力的综合值。
因此两种方法测试的结果一般来说是有区别的。
一、分离法测量残余应力切割法和套环法都是将被测点与其邻近部分分开以释放残余应力，因此统称分离法。
它是测量残余应力的一种最简单的方法，多用于测量表面残余应力或沿厚度方向应力变化较小的构件上的残余应力。
（一）、切割法：在欲测部位划线：划出20mm×20mm的方格将测点围在正中。
在方格内一定方向上贴应变计和应变花，再将应变计与应变仪相连，通电调平。
然后用铣床或手锯慢速切割方格线，使被测点与周围部分分离开。
切割后，再测应变计得到的释放应变。
它与构件原有应变量值相同、符号相反，因此计算应力时，应将所得值乘以负号。
释放后的残余应力计算方法如下：1、如果已知构件的残余应力为单向应力状态，只要在主应力方向贴一个应变片（如图3.1）即可。
分割后得释放应变ε，由虎克定律可知其残余应力为：σ=-Eε（1）2、如果构件上残余应力方向已知，则在测点处沿主应力方向粘贴两个应变片1和2（如图3.2所示）。
残余应力无损检测方法
残余应力无损检测方法嘿，你知道不？残余应力那可是个大问题呢！无损检测方法就像个超级侦探，能在不破坏材料的情况下找出残余应力。
那咱就说说这神奇的无损检测方法吧！首先，X 射线衍射法就超厉害。
把材料放在那，X 射线一照，就像医生给病人拍片子似的，能看出材料内部的残余应力分布。
步骤嘛，就是调整好设备，让X 射线准确地照射到材料上，然后分析反射回来的X 射线信号。
这多牛啊！注意事项呢，可得小心操作设备，别让X 射线伤着自己。
那安全性咋样？放心吧，只要按规定操作，那是妥妥的安全。
稳定性也没得说，每次检测结果都挺靠谱。
这种方法适合检测各种金属材料，优势就是准确、快速。
比如说在航空航天领域，那飞机零件的残余应力检测可离不开它。
检测得准，飞机飞得才安心嘛！再说说超声检测法。
这就像用超声波给材料做体检。
把探头放在材料上，超声波在材料里传播，通过分析超声波的变化就能知道残余应力的情况。
步骤简单，放好探头，启动设备就行。
注意别把探头弄坏了。
安全性那是杠杠的，超声波又不会伤人。
稳定性也不错，检测结果比较稳定。
这种方法应用场景可广了，汽车制造、机械加工都能用。
优势就是方便、快捷，可以在生产线上直接检测。
这不就像有个随时待命的小助手嘛！还有磁测法呢！就像用魔法探测材料的残余应力。
通过测量材料的磁性变化来判断残余应力。
步骤不难，把仪器靠近材料就行。
注意别让磁场干扰其他设备。
安全性好得很，没啥危险。
稳定性也还行。
在钢结构检测中很管用。
优势就是可以快速检测大面积的材料。
哇塞，这多厉害！总之，残余应力无损检测方法那是超级棒！各种方法都有自己的优势和应用场景。
在实际生产中，根据不同的需求选择合适的方法，就能让我们的产品更安全、更可靠。
这难道不是超赞的事情吗？咱可一定要重视残余应力检测，让我们的生活更美好！。
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际的残余应力测试过程中，我们利用德国ＢＲＵＫＥＲ公司生产的Ｄ８．ＡＤＶＡＮＣＥ型Ｘ射线衍射仪，对陶瓷基
复合材料试样做了从１０。到１５０＂的ｘＲＤ扫描，发现在幻≈１３３。处有一个较强的衍射峰，于是就选定这
个角度为衍射角，并且采用Ｘ射线衍射法残余应力测定中常用的Ｔｏｐａｓ软件拟合衍射峰的位置。因为
此处的衍射强度相对较弱，所以在扣≈１３２～１３４。范围内采用慢扫描来精确的测定衍射峰的位置：
ｐｏｉｎｔ
ｏｕｔ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ
ｎｏｎ・ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ；Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；
ｎｅｕｔｒｏｎ
ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ
引言
材料内部缺陷如裂纹、气孔等直接影响构件的安全性和寿命，如何无损的测量这些缺陷一直受
ｓｔｒｅｓｓ．
ａｓ ａ
ｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅ
ＳＯ
ｅｍｐｈａｓｉｓ ｉｓ Ｏｎ Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ｎｅｕｔｒｏｎ
ｏｎ．Ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｃｏｍｐａｒｅ，ｗｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ Ｘ—ｒａｙ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅｔｈｏｄ
ｉｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ．
内应力引起的应变可通过晶体中某一品面簇的晶面间距变化来表示，而此变化必然导致相应的ｘ射线 衍射峰的位移，这是用×射线衍射法测定宏观应力的理论基础。
图１受力物体表面上的应力
由于×射线对试样的穿透深度一般为１０～３０ｕｍ，它所记录的仅是工件表面应力［ｉｏ～１２１。这种
２
表层应力分布可视为二维应力状态，其垂直试样的应力分量∥３
利用同步辐射源Ｘ射线衍射技术，同样可以测定复合材料残余应力【１５～１８】。其中同步辐射光源
具有强度高、亮度大、束斑小、准直性高及发散角小等特点，因此可获得高分辨率、高精度的衍射
数据。表１对以上三种利用衍射测量残余应力的方法进行了比较。 表１残余应力测试技术比较
Ｘ射线衍射法一般适用于具有良好晶体结构的材料。当晶粒尺寸很小或材料成分分布不易预测
到人们的重视，其测量技术如超声波等方法已比较成熟【１】。对于某些构件，其安全性与残余应力也
有相当重要的关系。实践证明，残余应力直接影响金属制品的疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳
定性和使用寿命心１。如在石化工业中，大量的事故就是由于构件表面存在很大的残余拉应力，加速
了表面腐蚀引起的。此外，残余应力对构件的疲劳强度也有重要的影响。适当地在材料表面产生残
弹性特征值，这些条件都很难满足。因此，超声法测定残余应力至今尚处于实验室阶段，很少用与
现场实测【３～５】。
３．测试方法的选择 综合比较上述各种残余应力测定方法，ｘ射线衍射法具有设备简单、射线来源方便经济等优点。
因此，我们一般选择Ｘ射线衍射法作为材料残余应力测试的主要方法。 因为在Ｘ射线衍射法残余应力测定实验中，所选取的衍射角２ｅ越大，其测量的精确度越高。在实
方法。但是，该方法对设备的要求很苛刻，这使它在实际的应用中受到一定程度的限制。
３９
２．４其他方法 磁性应变法的基本原理是基于铁磁性材料的磁致伸缩效应，即铁磁性材料在磁化时会发生尺寸 变化【３，４】。反过来铁磁体在应力的作用下其磁化状态也会发生变化，这样通过测量磁性变化可以测 定铁磁材料中的应力。磁性应变法只能应用于铁磁性材料，在应用磁性应变法测定残余应力时，应 力与磁导率在应力小于３００ＭＰａ时才近似于线性，应力再增大，呈非线性。因此磁应变法不宜用来 测定存在过高的残余应力的构件。 超声法是一种颇具发展潜力的方法，通过超声波在材料内部的传播特性，利用应力引起的声双 折射效应测量出超声传播路径的平均应力。在实际的测量过程中，超声法要求有精密的测量声速的 仪器和高超的测量技术，还需要制作一个无应力的与实际工况十分接近的标样来获得必须的材料声
Ｎｏｎ．ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｔｒｅｓｓ
ＬＩＵ Ｙａｎｐｉｎｇ，ＳＩ Ｙｏｎｇｍｉｎ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｄｅｆｅｎｓｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ
４１００７３，Ｈｕｎａｎ，ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｎｏｎ—ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ ｒａｄｉａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｅ
余压应力，可以显著提高构件的疲劳强度。 因此，材料残余应力准确、快速的无损测量技术对残余应力的利用或防治具有非常重要的意义。 残余应力的测量和研究日益获得人们的重视。在欧洲已定期召开关于残余应力的国际会议，在我国， 近年也发表和出版了一些关于残余应力测试的论文和书籍。
３７
１．残余应力的产生 残余应力是一种弹性应力，它与材料中局部区域存在的残余弹性应变相联系‘３１。所以，残余应
２。无损测试方法
材料及其制品的宏观残余应力无损测试方法主要包括：Ｘ射线衍射、中子衍射、同步辐射等一些 方法。其中，×射线衍射、中子衍射、同步辐射这三种方法测试的基本原理相同，下面分别加以介绍。
２。１
Ｘ射线衍射法 ｘ射线衍射法【７，８１是材料残余应力无损测试中最常用的方法之一。在弹性范围内，因为宏观残余
子衍射测定较小试样时将产生较大误差：第三，中子衍射法测定的仅是材料内部的平均残余应力。
因此，中子衍射法仅是测定材料内部残余应力的有效手段。 基于同步辐射的Ｘ射线衍射法不仅能够测定材料内部的残余应力，而且还可以确定残余应力场
梯度，具有普通Ｘ射线衍射法和中子衍射法所无法比拟的优越性，是测定材料内部残余应力较理想的
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
Hale Waihona Puke ａｎｄｐｅｒｄｉｃｔｉｏｎ
ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ
ｓｔｒｅｓｓｅｓ
ｉｎ
ｃａｒｂｏｎ－ｆｉｂｒｅ／ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９７，５７（１ １）：１４４５～１４５５
【１３】Ｍ．Ｄａｎｉｅｌ
ａｎｄ
Ｔ。Ｌｉｂｅｒ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌａｍｉｎａｔｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
中子衍射法以中子流为入射束，其测定残余应力的基本原理与Ｘ射线衍射法相类似【９，１０，１４】，也 是根据衍射峰位置的变化求出残余应力。由于中子不带电，不与原子核周围的电子发生相互作用，
只有与原子核碰撞时才会改变运动方向。因此，对大多数材料具有较强的穿透能力，可以用来描述 残余应力沿厚度的变化情况。 ２．３同步辐射
Ｏ，而该方向的应变占３≠０。
ｘ射线衍射方法主要是测试沿试样表面某一方向上的内应力∥≯，当材料各向同性时，
乞＝叫ｑ＋乞）＝｛（ｑ＋呸）
此时￡３可由平行于表面的某晶面（ｈｋｌ）间距ｄ值的变化而测得。
（１）
利用弹性力学理论可以求出‰的
‰一南ｃｏｔ岛高（盏）
３８
式中石习ｃｏｔｏｏ丽为黻定义龇式（２）实质为一直线勰斜率为面，可用
２５（１）：４０～４３ 【１１】Ｇｊｅｒｏｎｉｍｉｄｉｓ，Ａ
Ｔ Ｐａｒｋｙｎ．Ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｍａｔｒｉｘ ｌａｍｉｎａｔｅｓ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
Ｍａｔｅｒｉａｌ，１９８８，２２：４０１～４１５
［１２】Ｂｅａｕｍｏｎｔ，Ｐ．Ｗ．Ｒ．Ｃｏｗｌｅｙ，Ｋ．Ｄ．Ｔｈｅ
时，会导致衍射峰值变宽，影响测试精度；×射线在材料中的穿透深度由其波长和材料的性能决定，
通常约为１０．３０９ｍ，如此弱的穿透能力大大限制了该方法的应用范围［１９－－一２２】。因为实际测试时它的 入射角的范围、量值和精度等在很大程度上受到入射深度的影响。此外，残余应力沿厚度变化等因 素也给测试结果造成误差。 与Ｘ射线衍射法相比，中子衍射法可以测定材料内部的残余应力，而且适于对大块试样进行测定， 具有很大的优越性。但是，中子衍射还存在明显的不足。首先，测量用中子源获得比较困难，一般 需要一个核反应堆及相关的防护、测量装置，通常很难得到：其次，中子的衍射区域较大，当用中
力是材料中发生了不均匀的弹性变形或不均匀的弹塑性变形的结果，或者说是材料的弹性各向异性 和塑性各向异性的反映。 材料及其制品在通常的机械加工或合金化过程中产生的残余应力，往往是变形、温度变化和相 变引起的残余应力的综合结果。各种：［艺参数和机件的几何形状、尺寸大小等对每种工艺过程产生 的残余应力有着错综复杂的影响，具体问题必须具体分析‘４￣６】。
每步Ｏ．０１。，间隔ｌＯｓ。通过采用上述方法，残余应力测定的精确度得到了很大的提高，获得了较为理 想的测试结果。
４．展望
残余应力对材料和工件性能的影响，既有不利的一面，也有有利的一面。正因为如此，关于残
余应力测试及其对材料性能影响的研究日益为工程技术界所重视，成为材料科学和力学中相当活跃 的一个分支。为满足工程技术发展的需要，随着测试手段的不断改进，近年来该领域的研究取得了
ｏｒｌ
ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｇｒａｐｈｉｔｅ／ｐｏｌｙｍｉｄｅ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
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参考文献