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《南昌大学》 2007年
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金属微结构和残余应力测量的超声波理论

詹华  
【摘要】: 构件中的残余应力会改变弹性波传播速度,这种现象称之为声弹性效应。近的八十年来,利用声弹性效应进行构件中残余应力的无损检测是研究的热点。在声弹性的无损检测中,一般情况下无法将金属构件作为各向同性材料。实际上,金属构件是由大量晶粒集合而成的多晶体,这些多晶体材料构件在它们的加工成型(压轧、拉伸、铸造)过程中会使得其中的晶粒具有某种偏爱取向,产生织构。晶粒各向异性和多晶体的织构使得金属构件的力学性能具有各向异性。 大量的实验和计算结果表明:多晶体的织构对波速的影响比初始应力的影响大许多。为了确定多晶体材料中的初始应力,需要找出同时考虑多晶体的织构和初始应力效应的多晶体材料弹性本构关系。多年来,各种超声波技术已经应用于多晶体的织构和初始应力测量。例如,电磁声换能器(EMAT)和压电换能器(PZT)可以用来发射与接收多晶体材料中的偏振波,超声波的波速通过测量波的传播距离与时间间隔来确定。本硕士论文所讨论的问题为: 1)在经典线弹性领域,应力和应变呈线性本构关系。若考虑到残余应力的影响,经典的线弹性Hooke定理将变得不再适用,必须考虑本构关系中的非线性项。Barsch(1968)阐述了Vogit模型下各向同性材料的非线性本构关系。为了建立考虑织构和残余应力效应的多晶体声弹性本构方程,本论文将推导出比Barsch的立方晶粒各向同性集合多晶体材料非线性本构关系结果更一般的、立方晶粒各向异性集合多晶体材料非线性本构关系。 2) Man(1996,1999,2000)给出了立方晶粒正交集合的、考虑微结构和残余应力效应的声弹性本构关系张量,该本构关系中包含十二个待定的材料常数和七个织构系数(用来描述晶粒的偏爱取向)。本论文将利用立方晶粒各向异性集合的非线性弹性本构关系(在前面部分得到的),推导立方晶粒各向异性集合的声弹性本构关系。 3) Tanuma(1994)利用Stroh理论得到各向同性和横观各向同性材料的静力表面阻抗张量和格林函数。对于弱织构问题,Huang(2003,2004)给出了立方晶粒正交集合和各向异性集合下格林函数的显表达式。本论文利用Barnett和Lothe的积分方法给出各向异性集合多晶体材料的静力表面阻抗张量和格林函数。 4) Tanuma和Man(2002)给出了Stroh理论下Rayleigh波速表达式,该表达式包含织构和残余应力线性项的效应,其结果为Rayleigh波测量构件的残余应力提供了理论依据,但他们的表达式适用于立方晶粒正交集合的金属板材的织构和残余应力测量。本论文得到立方晶粒各向异性集合的声弹性本构方程和Rayleigh波速表达式。
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB551

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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