復合材料具有高比強度和比模量、減振性能好以及耐腐蝕性能好等優(yōu)點,廣泛應用在航空航天、船舶和汽車工業(yè)等領域。但復合材料在制備、加工、裝配和服役過程中,都會因孔隙、分層、裂紋等缺陷的存在而產生一定的殘余應力。這既會影響構件的使用性能,又對材料的結構失效強度和尺寸穩(wěn)定性有影響。因此,開展關于殘余應力的研究,精確且快速地檢測出材料所處的應力狀態(tài),對于準確評估材料壽命顯得至關重要。通常為避免復合材料因拉-剪、拉-彎耦合引起的固化后的翹曲變形,將復合材料層合板設計成準各向同性層合板。并在準各向同性復合材料的分析中常將其視為各向同性化處理。目前國際上比較認可的殘余應力檢測手段是X射線衍射法,它具有無損、測試快捷、精度高和數據重復性強等優(yōu)點。但它只適用于晶體材料的應力檢測,對復合材料這種非晶體材料而言,較難實現應力檢測。因此,為精確地檢測出復合材料所處的應力狀態(tài),首先從理論上推導出適用于準各向同性復合材料的聲彈性表達式,并選用6061-T6鋁合金作為實驗研究對象,分別采用X射線衍射法和本文理論推導的超聲波法對其進行應力檢測,以驗證該理論推導的正確性。主要研究工作包括以下幾個方面:(1)基于聲彈性理論,推導了適用于準各向同性復合材料的聲彈性表達式,建立聲時差與內部應力之間的聯(lián)系。同時,搭建了“一發(fā)一收”探頭分布方式的超聲波應力檢測系統(tǒng),并設計了超聲檢測楔塊和聲時差精確測量算法。(2)超聲波法檢測精度影響因素的研究選用不同頻率的探頭對不同凹槽深度的鋁合金板材進行超聲檢測,確定不同探頭頻率下的傳播深度范圍;探究溫度與聲時差之間的關系,并設計溫度補償算法;探究外加應力與聲時差之間的關系,得到了平行加載方向的聲時差隨著外加應力的增加而增加,而垂直加載方向的聲時差隨著外加應力的增加而減小的結論。(3)X射線衍射法測量6061-T6鋁合金殘余應力檢測參數優(yōu)化實驗表明當采用Cr靶材激發(fā)X射線,通過0.5×3mm尺寸的準直管照射到鋁合金板材表面,并用Mid chord定峰方法對試樣進行應力檢測時,應力結果最優(yōu)。(4)X射線衍射法對超聲波法應力檢測理論的實驗驗證分別利用本文搭建的超聲波應力檢測系統(tǒng)和L-XRD應力衍射儀對6061-T6鋁合金板材進行殘余應力檢測,通過對比研究表明該理論推導的正確性。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG115.285
【部分圖文】：

[22]。中子衍射法雖可用于檢測材料內部的得到廣泛的應用[11]。法研究現狀孔法或小孔法，是一種發(fā)展最為成熟、應法。它最初由德國學者 J.Mathar 提出，學者[22-25]采用應變片替代機械應變儀來測，Rendler 和 Vigness 將鉆孔測試法發(fā)展美國材料協(xié)會 ASTM 自 1981 年就頒布了），表明小孔法在殘余應力測量中已達到技理為：對存在殘余應力的各向同性材料進，導致孔區(qū)附近的殘余應力場發(fā)生改變。個應變敏感柵組成的三軸應變計，則通過材料的殘余應力值[27]。鉆孔法應變測定

理是：在構件表面加工出一個圓環(huán)形槽，并釋放出殘留在環(huán)芯中的應力，通過粘貼的應變，便可得到工件待測點的內應力大原理示意圖。于檢測應變變化范圍大、檢測靈敏度高、鉆孔法相比較大[32]。目前關于該方法的環(huán)芯云紋干涉法和切槽云紋干涉法對過盈兩種方法的檢測結果具有較好一致性的結環(huán)芯法相結合，對熱障涂層材料的界面殘力幾乎處于單軸應力狀態(tài)，且界面內的法對零件損壞較大，不宜經常使用。但隨Gunnert 和 Hast 分別在 1955 年和 1958[35, 36]。目前該方法已作為轉子鍛件制造定了環(huán)芯法測量汽輪機、汽輪發(fā)電機轉子99）。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文它不可檢測表面應力或近表層內力，只適合平板類構件的應力測試作為聚合物及其有關模壓零件、涂層材料中的應力檢測手段[37]。方法的檢測原理為：當采用機械加工或化學腐蝕的手段將含有應力離時，其內部殘余應力的平衡將受到破壞，當重新達到平衡時，構件度的彎曲變形，彎曲的曲率取決于剝層前材料的原始內應力分布和性性能。通過測定剝層后構件的變化曲率，便可獲得構件的原始內應。不同形狀的剝層法應力測定示意圖如圖 1-3 所示[39]。(a) 平板試樣剝層法應力檢測示意圖
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本文編號：2841477