Residual Stress Measurement and the Slitting Method pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Cheng, Weili/ Finnie, Iain

出品人:

页数:226

译者:

出版时间:2006-12

价格:$ 168.37

装帧:HRD

isbn号码:9780387370651

丛书系列:

图书标签:

• 残余应力
• 应力测量
• 切片法
• 材料科学
• 工程力学
• 无损检测
• 金属材料
• 应力分析
• 实验方法
• 结构完整性

现代工程材料的应力分析与无损检测技术 本书导言： 在现代工程领域，材料的内部残余应力状态直接决定了结构件的使用寿命、安全性和可靠性。无论是航空航天、汽车制造、桥梁建设还是精密机械加工，对材料内部应力场的精确评估都是至关重要的前提。本书《现代工程材料的应力分析与无损检测技术》旨在全面、深入地探讨工程材料中残余应力产生的机理、量化分析的理论基础，以及目前主流的、高精度的应力测试技术。本书面向从事材料科学、机械工程、结构力学及质量控制领域的工程师、研究人员和高年级学生。 第一部分：残余应力的理论基础与来源解析 本部分首先建立了宏观力学与微观材料行为之间的桥梁，详细阐述了残余应力产生的内在机制。 第一章：残余应力的概念、分类与影响 1.1 残余应力的定义与物理本质： 阐述残余应力作为材料内部自平衡应力系统的概念，区分其与外加载荷应力的本质区别。深入探讨应力场的自平衡条件及其在三维空间中的数学描述。 1.2 残余应力的分类体系： 根据应力场的空间尺度，系统地介绍第一类（构件内平衡）、第二类（晶粒间不平衡）和第三类（晶内/亚晶尺度）残余应力。重点分析它们各自的形成机制和对材料性能的差异化影响。 1.3 残余应对机械性能的影响： 详细分析残余应力如何影响疲劳寿命、断裂韧性、蠕变行为以及尺寸稳定性。通过大量案例分析，展示正残余应力与负残余应力对关键工程指标的决定性作用。 第二章：残余应力的形成机理 本章聚焦于工程实践中常见的残余应力源，提供详尽的物理模型。 2.1 热处理过程中的应力形成： 深入分析淬火、回火、焊接和热喷涂过程中由于温度梯度和冷却速率不一致导致的组织相变应力和热应力。引入冷却过程中体积变化的计算模型。 2.2 塑性变形与加工诱导应力： 详述冷加工（如轧制、拉拔、锻造）过程中，由于应变梯度和加工硬化不均所产生的宏观残余应力场。讨论切削、磨削等表面完整性相关的应力分布特征。 2.3 表面工程技术与残余应力： 探讨表面改性技术（如喷丸强化、激光熔覆、薄膜沉积）引入的表面张应力或压应力的机制，及其对表面抗腐蚀和抗磨损性能的调控作用。 2.4 晶体学因素与微观应力： 从晶体塑性角度，解释晶粒取向、孪晶和位错密度差异如何导致第二、三类残余应力的产生。 第二部分：传统与现代应力测量方法 本部分详尽介绍了用于量化残余应力的主要实验技术，侧重于方法学原理、实验步骤、数据处理和局限性分析。 第三章：基于机械松弛原理的经典方法 本章侧重于通过材料的局部移除（钻孔、切割）来释放应力，并测量由此引起的形变。 3.1 钻孔法（Hole Drilling Method）的原理与实施： 详细介绍钻孔法，包括应力释放的理论模型（基于弹性力学），钻孔顺序、深度控制对测量精度的影响。讨论如何通过有限元分析（FEA）进行补偿校正，以提高浅层和深层测量的准确性。 3.2 钻削法（Trepanning Method）与钻孔法的比较： 分析钻削法在测量较大区域应力平均值时的优势，特别是如何通过精确控制钻孔直径和深度来减小对局部应力场的扰动。 3.3 梁或板的机械松弛技术： 针对薄壁结构，介绍线切割法（Wire Cutting）和分层去除法（Layer Removal）的实验流程，重点强调释放过程中应变片（Strain Gauge）的粘贴位置和数据采集的时序控制。 第四章：X射线衍射（XRD）在残余应力测量中的应用 X射线衍射法作为最常用的无损表面残余应力测量技术，在本章得到深入阐述。 4.1 衍射原理与应力-应变关系： 阐述Bragg定律在应力测量中的应用，推导晶格间距变化与表面残余应力之间的线性关系。 4.2 衍射角扫描（$sin^2psi$法）： 详细介绍 $sin^2psi$ 方法的实验步骤、数据拟合过程，以及确定主应力方向的策略。讨论仪器的几何精度和X射线能量对测量结果的影响。 4.3 深度分析技术： 介绍如何结合材料去除技术（如电解抛光或喷砂）与XRD，实现残余应力的深度分布测量。讨论不同晶系的材料对该方法的适用性差异。 第五章：中子衍射与同步辐射技术 本章关注于穿透性更强、能够实现内部应力测量的先进技术。 5.1 中子衍射技术（Neutron Diffraction）： 阐述中子束穿透性强于X射线的优势，特别适用于测量大型铸件、复合材料或复杂装配件的内部三维应力场。介绍飞行时间（Time-of-Flight, TOF）技术在应力分析中的应用。 5.2 同步辐射X射线技术： 介绍高通量同步辐射源在残余应力测量中的独特价值，包括其高空间分辨率和高信噪比，特别适用于微区分析和高梯度应力场的探测。 第六章：声学与电磁学方法 本章探讨基于材料物性变化的非接触式应力测量技术。 6.1 超声波残余应力测量（Acoustoelasticity）： 阐述应力对材料声速的影响机制（弹性模量变化）。介绍纵波和横波在应力场中的传播速度差异（双折射现象）如何用于定量评估双轴拉伸或压缩应力。 6.2 磁弹效应（Magnetoelasticity）与Barkhausen噪声： 针对铁磁性材料，介绍磁导率与残余应力之间的耦合关系。详细解释Barkhausen噪声技术如何通过测量磁畴跳变来评估表层材料的应力状态和微观结构损伤。 第三部分：数据解释、建模与工程应用 本部分将理论和实验数据转化为实际的工程决策，并展望未来的研究方向。 第七章：应力场的反演、建模与验证 7.1 有限元分析（FEA）在应力预测中的应用： 介绍如何将材料本构模型、热历史和几何信息输入FEA软件中，模拟复杂制造过程中的残余应力演化。讨论模型网格划分对结果的敏感性。 7.2 实验数据的后处理与不确定性评估： 探讨如何对来自不同方法的测量数据进行平滑处理、三维插值，并量化测量误差和系统偏差。重点分析不同测量方法在测量精度、空间分辨率和测量深度上的相互制约关系。 7.3 建立残余应力数据库与寿命预测模型： 阐述如何通过积累的应力数据，结合疲劳损伤累积模型（如Miner法则的修正），建立基于实际残余应力状态的结构寿命预测框架。 第八章：工程案例研究与质量控制 本章通过实例展示如何利用残余应力知识来优化产品设计和制造工艺。 8.1 焊接结构的关键部位应力评估： 以厚壁管道对接焊缝为例，分析残余拉应力对氢致裂纹敏感性的影响，以及如何通过预热或后热处理（PWHT）来控制应力水平。 8.2 航空发动机叶片的热障涂层（TBCs）残余应力控制： 探讨薄膜沉积过程中产生的残余应力与涂层剥落的关系，介绍如何通过优化沉积角度或基底粗糙度来引入有利的压应力。 8.3 模具与精密零部件的尺寸稳定性： 分析机加工后残余应力释放导致的零件形变，介绍利用化学铣削或精确喷丸工艺来“平衡”应力场，确保高精度零件的长期尺寸稳定性。 结语： 本书的撰写力求内容详实、方法严谨，不仅系统梳理了残余应力测量的经典理论与前沿技术，更强调了理论与实际工程问题的紧密结合。掌握这些知识和技术，是确保现代复杂工程结构服役可靠性的关键保障。

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