應(yīng)力測(cè)量方法的歷史

1、應(yīng)力測(cè)試方法的概述在幾乎所有的機(jī)械設(shè)備中都有金屬構(gòu)件承受負(fù)載。這些構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力的大小及其變化是造成失效(如疲勞等)的主要原因。金屬構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力的大小變化除了與其受力情況有關(guān)外還與其加工過(guò)程形變及周?chē)臏囟扔嘘P(guān)。為了維護(hù)、檢查這些和延長(zhǎng)使用壽命長(zhǎng)期以來(lái)人們很關(guān)注應(yīng)力的檢測(cè)。應(yīng)力的測(cè)量方法也很多如盲孔法、x射線法、磁力法、超聲方法等。由于超聲波所固有的特性如穿透能力強(qiáng)、儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快、低成本等利用超聲波無(wú)損測(cè)量材料表面和內(nèi)部的應(yīng)力

2、狀況的潛力是顯而易見(jiàn)的。目前應(yīng)力超聲波測(cè)量的主要理論有:1聲速與應(yīng)力關(guān)系的Hughes和kelly理論超聲波測(cè)量應(yīng)力方法是基于聲彈性效應(yīng)其理論基本假設(shè)為:(1)固體連續(xù)性假設(shè)(2)聲波的小擾動(dòng)疊加在物體靜態(tài)有限變形上(3)物體是超彈性的、均勻的(4)物體在變形中可視為等溫或等熵過(guò)程。1949年Hughes利用超聲波測(cè)量晶體的三階彈性常數(shù)以此為基礎(chǔ)隨后超聲波應(yīng)力測(cè)量技術(shù)得到了較大的發(fā)展。1953年Hughes和Kelly利用Lame常數(shù)λ

3、和μ以及Murnaghan常數(shù)l、m和n提出了各向同性材料的聲彈性理論表達(dá)式建立了超聲波在材料中傳播速度與應(yīng)力之間的關(guān)系。設(shè)固體不存在機(jī)械耗散過(guò)程，可得質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為：（1）式中是固體的單位體積中的勢(shì)能η是拉格朗日坐標(biāo)下的應(yīng)變矩陣aixk(ik=123)是拉格朗日坐標(biāo)和位移坐標(biāo)。這一方程是研究聲波在固體中傳播的基礎(chǔ)。利用(1)式Hughes和kelly從理論上研究了各向同性中的波速與附加靜壓力或常應(yīng)力的關(guān)系這些關(guān)系也是后來(lái)人們測(cè)量固體

4、應(yīng)力的理論基礎(chǔ)。選自變量為拉格朗日變量abc質(zhì)點(diǎn)位移用uvw把表示由力學(xué)定律方程(1)可以寫(xiě)成(6)c方向上加壓力(或拉力)a方向傳播橫波這時(shí)可得波速：上面的6個(gè)公式將聲速與應(yīng)力聯(lián)系起來(lái)從而可通過(guò)聲速的測(cè)定來(lái)得到應(yīng)力的值。2基于聲彈性雙折射理論的應(yīng)力測(cè)量由于應(yīng)力引起材料各向異性使得入射的橫波分解成兩個(gè)波[4]這兩個(gè)波的傳播速度不同這種現(xiàn)象稱(chēng)為聲彈性雙折射。考慮平面應(yīng)力狀態(tài)下的弱正交異性板取坐標(biāo)系oxyz其中xy分別為主應(yīng)力T1T2的方向

5、z為板材的厚度方向。當(dāng)有兩個(gè)沿xy方向偏振的橫波沿z方向入射時(shí)有：其中VzxVzy分別是沿xy方向的偏振沿z方向傳播的橫波的波速VT=(VzxVzy)2為兩個(gè)橫波的平均速度α為織構(gòu)效應(yīng)引起的聲各向異性對(duì)各向同性材料α=0T1T2為主應(yīng)力CA為聲彈性雙折射系數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中通常固定距離測(cè)量橫波傳播時(shí)間tzxtzy則上表達(dá)式可寫(xiě)成:此可以看出可以不用測(cè)定板的厚度僅通過(guò)傳播時(shí)間的測(cè)量就可獲得應(yīng)力這是雙折射方法的一大優(yōu)點(diǎn)。3基于縱波聲彈性公式的