简述x射线衍射可检测材料内应力的原因

问题描述

精选答案

X射线衍射测量残余内应力的基本原理是

以测量衍射线位移作为原始数据，所测得

的结果实际上是残余应变，而残余应力是

通过胡克定律由残余应变计算得到的。

其基本原理是：当试样中存在残余应力

时，晶面间距将发生变化，发生布拉格衍

射时，产生的衍射峰也将随之移动，而且

移动距离的大小与应力大小相关。用波长

入的X射线，先后数次以不同的入射角照射

到试样上，测出相应的衍射角20，求出20

对sin2y的斜率M，便可算出应力。

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o中。为此需利用弹性力

学理论求出o中的表达式。由于X射线对试

样的穿入能力有限，只能探测试样的表层

应力，这种表层应力分布可视为二维应力

状态，其垂直试样的主应力03~0（该方向

的主应变e3+0)。

由此，可求得与试样表面法向成4角的应

变e4的表达式为：

E cot0o 元 0(20）

2(1+D) 180 0(sin y

E的量值可以用衍射晶面间距的相对变化

来表示，且与衍射峰位移联系起来，即：

式中00为无应力试样衍射峰的布拉格角，

为有应力试样衍射峰位的布拉格角。

于是将上式代入并求偏导，可得：

E 元 0(20)

cot 0

2(1+D) 180 0(sin’ y)

令。

K= E 元 M= 0(20) 则a。=K·M

2(1+D) cot6g 180 0(sin y)

其中K是只与材料本质、选定衍射面HKL

有关的常数，当测量的样品是同一种材

料，而且选定的衍射面指数相同时，K为

定值，称为应力系数。M是（20）-sin24

直线的斜率，对同一衍射面HKL，选择一

组中值（0°、15°、30°、45°），测量相

应的（20）以（20）-sin2作图，并以

最小二乘法求得斜率M，就可计算出应力

(中是试样平面内选定主应力方向后，测

得的应力与主应力方向的夹角）。由于

K<0，所以，M<0时，为拉应力，M＞0时

为压应力，而M=0时无应力存在。

其他回答

数学教师周

X射线衍射可检测材料内应力的原因是X射线在材料晶体中发生衍射时，晶体中的晶格会发生畸变，这种畸变与材料内部的应力有关。通过测量衍射角度和强度，可以推断出晶格的畸变程度，从而间接得到材料内部的应力状态。因此，X射线衍射成为一种非破坏性的方法，用于检测材料内部的应力分布和变化。