[发明专利]钛合金表面最大应力和表层应力梯度的计算机测算方法

摘要

钛合金表面最大应力和表层应力梯度的计算机测算方法属于材料分析测试技术领域，其特征在于，在X射线透射深度内测试方向上的应力沿深度线性分布的基础上，利用3组不同被测材料表面法线与衍射晶面法线的夹角进行X射线应力测试得到的被测材料x方向和y方向的应力，通过测试应力与测试方向上表面最大应力、测试方向上应力沿深度的应力梯度和垂直于测试方向上应力沿深度应力梯度的关系式，建立求解方程组，并结合钛合金材料X射线应力测试的特点，对方程组进行修正，从而计算出表面最大应力和表层应力梯度。在钛合金X射线应力测试区域因存在较大应力梯度而影响X射线应力测试结果时，本发明可方便准确地给出表面最大应力和应力梯度值。

主权项

钛合金表面最大应力和表层应力梯度的计算机测算方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤(1)X射线应力测试初始化与X射线应力仪配套的计算机，然后选择被测材料3组不同的表面法线与衍射晶面法线的夹角ψ，3组ψ角中最大角度值分别记为ψ1、ψ2和ψ3，ψ1、ψ2和ψ3互相间差值≥5°，在试样的测试方向x方向和与x方向垂直的y方向，使用X射线应力仪按照选定的每组ψ角进行5次应力测试，求5次测试应力结果的平均值作为每组ψ角下的应力测试结果，x方向3组不同的ψ角应力测试结果分别记为：σx1、σx2和σx3，y方向3组不同的ψ角应力测试结果分别记为：σy1、σy2和σy3；步骤(2)按以下步骤计算出x方向表面最大应力值σx0、x方向应力沿深度的应力梯度Ax、y方向表面最大应力值σy0和y方向应力沿深度的应力梯度Ay步骤(2.1)按下式计算两个由测试参数和被测材料确定的系数a和b，3组不同的ψ角对应的a和b分别记为：a1、a2、a3和b1、b2、b3， a = ∂ [ ( 1 + v E sin 2 ψ - v E ) · 0.418 τ ] ∂ sin 2 ψ · E 1 + v b = - 0.418 · ∂ τ ∂ sin 2 ψ · v E · E 1 + v 式中：ψ是试样表面法线与衍射晶面法线的夹角，v衍射晶面泊松比，E衍射晶面弹性模量，τ是X射线的透射深度，对不同的X射线衍射几何条件，τ值不同，Ω‑衍射几何： τ = sin 2 θ - sin 2 ψ 2 μ sin θ cos ψ ψ‑衍射几何： τ = sin θ cos ψ 2 μ 式中：μ为X射线线吸收系数，θ为衍射角，ψ是试样表面法线与衍射晶面的夹角，步骤(2.2)利用关系式σx＝σx0+a·Ax+b·Ay，建立由步骤(1)中选择的3组ψ角所确定的如下方程组： σ x 1 = σ x 0 + a 1 · A x + b 1 · A y σ x 2 = σ x 0 + a 2 · A x + b 2 · A y σ x 3 = σ x 0 + a 3 · A x + b 3 · A y , 步骤(2.3)钛合金材料X射线应力测试中步骤(1)中选择的3组ψ角所确定的系数b值的变化范围小于0.0383时，将b看作定值，进而将b与Ay的乘积C1看作定值，步骤(2.2)中方程组改写为下式： σ x 1 = σ x 0 + a 1 · A x + C 1 σ x 2 = σ x 0 + a 2 · A x + C 1 σ x 3 = σ x 0 + a 3 · A x + C 1 , 方程组是σx与a的线性方程组，σx0与C1之和是与线性无关的量，方程组求解出Ax最小二乘解，步骤(2.4)利用关系式σy＝σy0+a·Ay+b·Ax，建立由步骤(1)中选择的3组ψ角所确定的如 下方程组： σ y 1 = σ y 0 + a 1 · A y + b 1 · A x σ y 2 = σ y 0 + a 2 · A y + b 2 · A x σ y 3 = σ y 0 + a 3 · A y + b 3 · A x , 步骤(2.5)钛合金材料X射线应力测试中步骤(1)中选择的不同组ψ角所确定的系数b的变化范围小于0.0383时，将b看作定值，进而将b与Ax的乘积C2看作定值，步骤(2.4)中方程组改写为下式： σ y 1 = σ y 0 + a 1 · A y + C 2 σ y 2 = σ y 0 + a 2 · A y + C 2 σ y 3 = σ y 0 + a 3 · A y + C 2 , 方程组是σy与a的线性方程组，σy0与C2之和是与线性无关的量，方程组求解出Ay最小二乘解，步骤(2.6)将Ax和Ay代入步骤(2.2)中建立的方程组中，求解出方程组中所包含的3个方程式的x方向表面最大应力解析值，取3个方程式计算的表面最大应力解析值的平均值为x方向的表面最大应力σx0，步骤(2.7)将Ax和Ay代入步骤(2.4)中建立的方程组中，求解出方程组中所包含的3个方程式的y方向表面最大应力解析值，取3个方程式计算的表面最大应力解析值的平均值为y方向的表面最大应力σy0。