金屬微結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力測量的超聲波理論.pdf

1、構(gòu)件中的殘余應(yīng)力會改變彈性波傳播速度，這種現(xiàn)象稱之為聲彈性效應(yīng)。近的八十年來，利用聲彈性效應(yīng)進(jìn)行構(gòu)件中殘余應(yīng)力的無損檢測是研究的熱點(diǎn)。在聲彈性的無損檢測中，一般情況下無法將金屬構(gòu)件作為各向同性材料。實(shí)際上，金屬構(gòu)件是由大量晶粒集合而成的多晶體，這些多晶體材料構(gòu)件在它們的加工成型(壓軋、拉伸、鑄造)過程中會使得其中的晶粒具有某種偏愛取向，產(chǎn)生織構(gòu)。晶粒各向異性和多晶體的織構(gòu)使得金屬構(gòu)件的力學(xué)性能具有各向異性。 大量的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果

2、表明：多晶體的織構(gòu)對波速的影響比初始應(yīng)力的影響大許多。為了確定多晶體材料中的初始應(yīng)力，需要找出同時(shí)考慮多晶體的織構(gòu)和初始應(yīng)力效應(yīng)的多晶體材料彈性本構(gòu)關(guān)系。多年來，各種超聲波技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多晶體的織構(gòu)和初始應(yīng)力測量。例如，電磁聲換能器(EMAT)和壓電換能器(PZT)可以用來發(fā)射與接收多晶體材料中的偏振波，超聲波的波速通過測量波的傳播距離與時(shí)間間隔來確定。本碩士論文所討論的問題為： 1) 在經(jīng)典線彈性領(lǐng)域，應(yīng)力和應(yīng)變呈線性本構(gòu)關(guān)系

3、。若考慮到殘余應(yīng)力的影響，經(jīng)典的線彈性Hooke定理將變得不再適用，必須考慮本構(gòu)關(guān)系中的非線性項(xiàng)。Barsch闡述了Vogit模型下各向同性材料的非線性本構(gòu)關(guān)系。為了建立考慮織構(gòu)和殘余應(yīng)力效應(yīng)的多晶體聲彈性本構(gòu)方程，本論文將推導(dǎo)出比Barsch的立方晶粒各向同性集合多晶體材料非線性本構(gòu)關(guān)系結(jié)果更一般的、立方晶粒各向異性集合多晶體材料非線性本構(gòu)關(guān)系。 2) Man給出了立方晶粒正交集合的、考慮微結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力效應(yīng)的聲彈性本構(gòu)關(guān)系張

4、量，該本構(gòu)關(guān)系中包含十二個(gè)待定的材料常數(shù)和七個(gè)織構(gòu)系數(shù)(用來描述晶粒的偏愛取向)。本論文將利用立方晶粒各向異性集合的非線性彈性本構(gòu)關(guān)系(在前面部分得到的)，推導(dǎo)立方晶粒各向異性集合的聲彈性本構(gòu)關(guān)系。 3) Tanuma利用Stroh理論得到各向同性和橫觀各向同性材料的靜力表面阻抗張量和格林函數(shù)。對于弱織構(gòu)問題，Huang給出了立方晶粒正交集合和各向異性集合下格林函數(shù)的顯表達(dá)式。本論文利用Barnett和Lothe的積分方法給出各