金屬微結構和殘余應力測量的超聲波理論.pdf

1、構件中的殘余應力會改變彈性波傳播速度，這種現(xiàn)象稱之為聲彈性效應。近的八十年來，利用聲彈性效應進行構件中殘余應力的無損檢測是研究的熱點。在聲彈性的無損檢測中，一般情況下無法將金屬構件作為各向同性材料。實際上，金屬構件是由大量晶粒集合而成的多晶體，這些多晶體材料構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，產生織構。晶粒各向異性和多晶體的織構使得金屬構件的力學性能具有各向異性。 大量的實驗和計算結果

2、表明：多晶體的織構對波速的影響比初始應力的影響大許多。為了確定多晶體材料中的初始應力，需要找出同時考慮多晶體的織構和初始應力效應的多晶體材料彈性本構關系。多年來，各種超聲波技術已經應用于多晶體的織構和初始應力測量。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間間隔來確定。本碩士論文所討論的問題為： 1) 在經典線彈性領域，應力和應變呈線性本構關系

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

4、量，該本構關系中包含十二個待定的材料常數(shù)和七個織構系數(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關系(在前面部分得到的)，推導立方晶粒各向異性集合的聲彈性本構關系。 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)的顯表達式。本論文利用Barnett和Lothe的積分方法給出各