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内应力衍射分析


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内应力衍射分析
  • 书号:9787030389404
    作者:姜传海,杨传铮
  • 外文书名:
  • 丛书名:现代物理基础丛书·典藏版
  • 装帧:平装
    开本:B5
  • 页数:411
    字数:519000
    语种:zh-Hans
  • 出版社:科学出版社
    出版时间:2013-11-01
  • 所属分类:O34 固体力学
  • 定价: ¥138.00元
    售价: ¥110.40元
  • 图书介质:
    纸质书

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内应力是指产生应力的各种因素不存在时,材料内部依然存在并且自身保持平衡的弹性应力。一般它分为第Ⅰ类、第Ⅱ类和第Ⅲ类应力。本书是基于第Ⅰ类和第Ⅱ类应力分别引起射线衍射线的位移和宽化效应而进行的内应力衍身测定、分析及应用的专业书籍。全书分14章。为了避免深奥的弹性力学理论,本书第1章直接进入内应力定义、分类、衍射效应,按应力分布的三轴、两轴和单轴应力状态的特征及其主应力状态,通过材料的弹性常数(或参数)杨氏模量、泊松比、刚度和柔度,把应力和应变(应变和应力)联系起来。第2章是晶体学、射线源(包括普通X射线源、同步辐射和中子源)和衍射原理简介。下面分别介绍宏观应力测定一般原理和方法、实验测定设备、各向同性试样的应力分析技术、各向异性试样应力分析技术和应力测定的实验技巧和误差,共5章。第8章为微观应力和相关衍射宽化效应的线形分析。第9章为形变金属材料中的位错和微结构的线形分析。作为应用把机械加工和表面处理引起的残余应力分析、焊接应力分析分别列入第10章和第11章。喷丸引起的宏观残余应力和喷丸材料的晶块细化、微观应变和位错分别列入第12章和第13章。最后一章专门介绍三种典型的绿色电池(镇-氢电池、石墨/LiCo02和石墨/LiFeP04电池)在充放电过程中,由于氢离子和锂离子在正负极活性材料中脱-嵌引起材料内应力(包括第Ⅰ类应力和第Ⅱ类应力)和精细结构变化的分析研究,阐明了这三种电池在充放电过程中导电的物理机制。
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    前言
    第1章 内应力概述 1
    1.1 内应力及其由来 1
    1.1.1 内应力的定义 1
    1.1.2 内应力的起源 1
    1.1.3 内应力产生的根本原因 4
    1 2 应力状态分类和应力-应变间的基本关系式 5
    1.2.1 三轴应力 5
    1.2.2 平面应力 9
    1.2.3 单轴应力 11
    1.2.4 主应力状态 11
    1.3 内应力的宏观应力和微观应力 12
    1.3.1 第Ⅰ类内应力 12
    1.3.2 第Ⅱ类内应力 13
    1 3.3 第Ⅲ类内应力 14
    1.4 内应力对材料和部件性能的影响 14
    1.4.1 内应力对静态强度的影响 14
    1.4.2 内应力对疲劳性能的影响 16
    1.4.3 内应力对脆性破坏和应力腐蚀开裂的影响 16
    1.5 测定应力的方法 18
    1.5.1 有损测定法 18
    1.5.2 磁性应力测定法 18
    1.5.3 超声波应力测定法 19
    1.5.4 应力衍射测定法 19
    1.5.5 几种应力测定方法的比较 19
    1.6 用衍射法测定应力的历史发展 20
    1.7 内应力的去除和调整 21
    参考文献 23
    第2章 晶体学基础、射线源和衍射原理 24
    2.1 晶体学基础 24
    2.1.1 点阵概念 24
    2.1.2 晶胞、晶系 25
    2.1.3 点阵类型 25
    2.2 实验室X射线源 27
    2.3.1 同步辐射光源的原理 29
    2.3.2 同步辐射光源的主要特征 32
    2.4 中子射线源 36
    2.4.1 稳态反应堆中子源 36
    2.4.2 脉冲中子源 37
    2.4.3 三种源的比较 39
    2.5 射线衍射线束方位劳厄方程和布拉格公式 41
    2.5.1 劳厄方程 41
    2.5.2 布拉格公式 43
    2.6 多晶体的衍射强度 45
    2.6.1 X射线和中子街射强度公式 45
    2.6.2 三种结构因子的比较和其中原子位置参数 45
    参考文献 46
    第3章 宏观内应力衍射测定的一般原理和方法 47
    3.1 应力衍射测定概述 47
    3.1.1 应力衍射测量的出发点 47
    3.1.2 衍射应力分析的参考坐标系 47
    3.1.3 一般情况下的表达式 48
    3.2 应变的测量原理和衍射几何 49
    3.2.1 一般的X射线衍射 49
    3.2.2 掠入射X射线衍射 51
    3.3 宏观应力测定的基本方法 54
    3.3.1 宏观内应力测量的同倾法 54
    3.3.2 宏观内应力测量的侧倾法 55
    3.3.3 旋转和旋转的实质 58
    3.4 单轴应力的测定原理和方法 59
    3.5 平面应力的测定 四
    3.5.1 0°-45°法 60
    3.5.2 归句法 60
    3.6 三维应力的测定 61
    3.6.1 三维应力状态下应力分量 61
    3.6.2 求三维应力状态的主应力 62
    3.6.3 求全部应力分量 63
    3.7 无应力状态的晶面间距do测量及与厚度方向σ33的关系 64
    3.7.1 无应力-应变方向旷的do值 65
    3.7.2 实验测定无应力状态的do 66
    3.8 X射线残余应力的层析扫描测定 68
    3.8.1 X射线残余应力层析扫描测定原理及装置 69
    3.8.2 三维应力计算的自我控制机制及程序设计 70
    3.8.3 残余应力X射线层析扫描测定方法的程序设计 71
    3.9 二维衍射测定残余应变的方法 72
    3.9.1 用2D-XRD测量应力的基本方程 72
    3.9.2 二维方程与普通方程间的关系 73
    3.9.3 双轴应力状态 74
    3.9.4 真实无应力点阵的晶面间距do 75
    3.9.5 各向异性因子 76
    3.10 残余应力构图的测绘 77
    参考文献 78
    第4章 宏观应力衍射测定的设备和装置 79
    4.1 一般的二圆(三圆)衍射仪 79
    4.1.1 现代X射线粉末衍射仪的结构 80
    4.1.2 衍射仪的扫描模式 81
    4.1.3 粉末衍射仪的工作模式 81
    4.1.4 利用工圃衍射仪进行应变测量有关问题的讨论 82
    4.2 X射线应力测定仪 83
    4.2.1 应力测定仪的设计要求 84
    4.2.2 应力测定仪的结构和特点 85
    4.2.3 国产X射线应力测定仪 86
    4.2.4 国外X射线应力测定仪 87
    4.3 同步辐射X射线应力测定设备——六圆衍射仪 88
    4.4 中子衍射法应变测定装置 89
    参考文献 93
    第5章 宏观弹性备向同性材料应力状态分析技术 94
    5.1 弹性各向同性试样中的定律 94
    5.2 宏观弹性各向同性试样和弹性各向异性试样 95
    5.3 单个hkl反射方法 98
    5.3.1 单个hkl反射中的方法:三轴应力状态分析 98
    5.3.2 单个hkl反射中由方法:二轴主应力状态分析 100
    5.3.3 单个hkl反射中由方法:两轴应力状态分析 101
    5.3.4 单个hkl反射中血方法:两轴主应力状态分析 102
    5.3.5 单个hkl反射中血方法:旋转对称两轴应力状态分析 102
    5.3.6 单个hkl反射中血方法:单轴应力状态分析 102
    5.3.7 单个hkl反射中ψ积分法轴应力状态分析 103
    5.3.8 单个hkl反射中cos2法:双轴应力状态分析 103
    5.4 多重hkl反射法 104
    5.4.1 多重hkl反射中方法:双轴应力状态分析 105
    5.4.2 多重hkl反射中f方法:旋转对称双轴应力状态分析 105
    5.5 任何应力状态的一般最小二乘方分析 107
    5.6 所描述方法的注释和评论 108
    5.6.1 从测得的点阵间距计算点阵应变 109
    5.6.2 所描述各种方法的特点 110
    5.6.3 对掠入射箭射有利的方法
    5.7 张量计算的ψ角倾斜Dolle-Hauk方法 111
    5.8 衍射(X射线)弹性常数的测定 113
    5.8.1 在平面应力状态下测定 113
    5.8.2 在单轴应力状态下测定 115
    参考文献 117
    第6章 宏观弹性各向异性试样应力状态分析技术 118
    6.1 衍射(X射线)应力因子 118
    6.2 宏观弹性各向异性试样任何应力状态的一般最小二乘方分析 119
    6.2.1 例1:单轴负载冷轧铁钢带探度绘图 119
    6.2.2 例2:显示各向异性晶粒交互作用的织构薄铜层 120
    6.3 织构宏观弹性各向异性试样的特殊方法——微晶群方法 121
    6.3.1 微晶群方法 121
    6.3.2 例子 123
    6.4 晶粒交互作用模型 124
    6.4.1 Voigt模型 125
    6.4.2 Reuss模型 125
    6.4.3 Eshelby-Kroner 模型 126
    6.4.4 Vook-Witt的模型和反Vook-Witt模型 128
    6.4.5 有效晶粒交互作用模型 130
    6.4.6 各种晶粒交互作用模型的比较 131
    6.5 晶粒交互作用模型模拟实例和试样实例 132
    6.5.1 基于各种晶粒交互作用模型衍射应变模拟 132
    6.5.2 实验实例 135
    6.6 单晶体的应力测定 136
    6.6.1 单晶体的应力测定原理 136
    6.6.2 轴应力的测定 137
    6.6.3 工轴应力的测定 138
    6.6.4 单晶体应力测定的例子——Al单晶的内应力测定 140
    6.7 织构样品的应力测定 140
    6.7.1 一般讨论 140
    6.7.2 织构试样应力测定原理和方法 144
    6.8 薄膜和表面宏观应力的衍射测定 147
    参考文献 151
    第7章 应变衍射测量实验技术和误差 153
    7.1 应变衍射测量的对象和要求 153
    7.1.1 测定对象 153
    7.1.2 试样表面状态的影响 153
    7.1.3 试样形状对应力测定的影响 154
    7.1.4 试样晶拉大小的影响 156
    7.1.5 材料组织结构的影响 157
    7.1.6 测点位置设定 158
    7.2 测量参数选择和设置 158
    7.2.1 ψ和ψ角设置 158
    7.2.2 辐射波长与街射晶面 160
    7.3 衍射峰位的测量 160
    7.3.1 测定衍射峰位的方法 160
    7.3.2 各种测定峰位的比较 163
    7.4应力测定中的误差 164
    7.4.1 应力测定与箭射晶面的选择有关的误差 164
    7.4.2 峰位测定引入的误差 165
    7.5 残余应力分析中的仪器误差 169
    7.5.1 由光束光学引起的误差 169
    7.5.2 仪器调整引起的误差 171
    7.6 应力的统计误差 172
    7.6.1 sin2技术 172
    7.6.2 双倾斜技术 173
    7.6.3 三轴应力分析 173
    7.7 X射线弹性常数的统计误差 175
    7.8 复杂形状样品的应力测定 176
    7.8.1 曲面切向残余应力的测定 176
    7.8.2 曲面轴向残余应力的测定 178
    7.8.3 小半径缺口件的残余应力测定 179
    7.8.4 复杂形状部件残余应力测定实例——曲轴圆角的残余应力测定 181
    7.9 多相材料中第Ⅱ类应力对第l类应力测定的影响 185
    参考文献 186
    第8章 微观应力和相关衍射宽化效应的线形分析 188
    8.1 谱线线形的卷积关系 188
    8.2 晶粒度宽化和微应变宽化 189
    8.2.1 X射线街射晶粒度宽化效应——谢乐公式 189
    8.2.2 微观应变引起的宽化 191
    8.3 分离微晶和微观应力宽化效应的各种方法 191
    8.3.1 Fourler级数法 191
    8.3.2 方差分解法 193
    8.3.3 近似函数法 193
    8.3.4 前述几种方法的比较 194
    8.4 堆垛层错引起的X射线衍射效应 195
    8.4.1 密堆六方的堆垛层错效应 195
    8.4.2 面心立方的堆垛层错效应 195
    8.4.3 体心立方的堆垛层错效应 197
    8.5 分离密堆六方ZnO中微晶-层错宽化效应的Langford方法 197
    8.6 分离XRD线宽多重化宽化效应的最小二乘方法 198
    8.6.1 分离徽晶和微观应力宽化效应的最小二乘方法 198
    8.6.2 分离微晶-层错XRD 线宽化效应的最小二乘方法 200
    8.6.3 分离微应力层错工重宽化效应的最小工乘方法 201
    8.6.4 微晶4撞应力-层错三重宽化效应的最小二乘方法 201
    8.6.5 系列计算程序的结构 203
    8.7 面心立方纳米材料NlO的制备和表征中微结构的研究 205
    8.8 体心立方结构V-Ti合金在储放氢中的微结构研究 207
    8.9 生产态-Nl(OH)2中的微结构的研究 209
    8.10 Mg-Al合金中的微结构研究 211
    8.11 作图法与最小二乘法的比较 213
    参考文献 215
    第9章 形变金属材料中的位错和微结构宽化的结形分析 218
    9.1 Fourier方法和改进的Williamson-Hall方法 219
    9.1.1 Williamson公式和改进的Williamson-Hall方法 219
    9.1.2 用Fourier方法测定位错密度 220
    9.1.3 球磨岱铁粉中的晶粒大小和位错密度测定 221
    9.2 测定多晶样品位错的王短明方法 222
    9.2.1 基本原理 222
    9.2.2 实例的试样和实验 225
    9.2.3 实例的结果和讨论 225
    9.3 位错宽化的确定 228
    9.4 位错的比对因子Chkl229
    9.4.1 位错的比对因子Chkl的计算 229
    9.4.2 测定位错的位移场 233
    9.5 比对困子Chkl的计算 235
    9.5.1 FCC 材料的Chkl值 235
    9.5.2 BCC 材料的Chkl值 240
    9.6 由半高宽求解晶粒大小和位错密度 244
    9.7 由半高宽求解晶粒大小、位错密度和层错概率 245
    9.8 用最小二乘方法测定位错密度实例——球磨铁粉末的晶粒大小和位错密度 247
    9.9 Voigt的单线分析法 248
    参考文献 248
    第四章机械加工和表面处理残余应力分析 250
    10.1 切削加工的残余应力 250
    10.2 磨削加工的残余应力 253
    10.3 棒材因拉拔、挤压所产生的残余应力 256
    10.4 拉拔圆管产生的残余应力 259
    10.5 冷轧产生的残余应力 262
    10.5.1 冷轧产生残余应力的-些例子 262
    10.5.2 轧制板材残余应力分析的发展趋势 265
    10.6 表面碎火处理的残余应力 265
    10.7 潘碳层和潘氯层中的残余应力 270
    10.7.1 渗碾层中的残余应力 270
    10.7.2 渗氧层中的残余应力 272
    10.8 硬质合金后处理过程中残余应力 273
    10.9 Zr02 热障涂层残余应力分析 276
    10.10 电镀产生的应力 278
    参考文献 280
    第11章 焊接残余应力测定和对策 281
    11.1 引言 281
    11.1.1 焊接方法分类 281
    11.1.2 焊接残余应力的分类 283
    11.1.3 焊接残余应力对结构性能的影响及其成因 283
    11.1.4 用于焊接应力测定方法 285
    11.2 平板焊接残余应力测定的若干例子 286
    11.2.1 薄板焊接和厚板焊接 286
    11.2.2 厚板焊接表面应力测定实例 287
    11.2.3 35CrMnSl钢平板电子柬焊接残余应力的分析 290
    11.2.4对接焊铝板残余应力分析 293
    11.3 铜管道焊接残余应力分析和点焊的残余应力分析 297
    11.3.1 铜管道焊接残余应力分析 297
    11.3.2 点焊产生的残余应力 300
    11.4 焊接应力分布等应力线图 300
    11.5 控制和消除焊接残余应力的方法 302
    11.5.1 控制焊接残余应力的方法 302
    11.5.2 消除焊接残余应力的方法 304
    11.6 焊接残余应力研究的发展方向 306
    参考文献 306
    第12章 材料和部件的表层喷丸残余应力 308
    12.1 喷丸及其对材料性能的影响 308
    12.1.1 喷丸工艺 308
    12.1.2 喷丸对性能的影响 310
    12.1.3 喷丸工艺适用的领壤 310
    12.2 喷丸应力的模型数值模拟 311
    12.2.1 有限元法综述
    12.2.2 AN8Y8简介
    12.2.3 ANSYS/LS-DYNA简介 313
    12.2.4 ANSYS 一般求解步骤 313
    12.2.5 喷丸工艺的有限元模拟 314
    12.3 数值模拟实例——各向异性材料喷丸应力的模型数值模拟 315
    12.3.1 喷丸模型的建立 315
    12.3.2 残余应力随层探和取向的变化 317
    12.3.3 覆盖率对喷丸残余应力场的影响 318
    12.3.4 不同材质弹丸材料对啧丸残余应力的影响 319
    12.3.5 弹丸大小对残余应力场的影响 320
    12.3.6 喷丸速度对残余应力场的影响 321
    12.4 镍基舍金单晶喷丸应力的测定 323
    12.4.1 镍基含金单晶及其应用 323
    12.4.2 应力测定方法 323
    12.4.3 测量结果和分析 324
    12.5 TiB2/Al复合材料喷丸应力及其松弛的研究 326
    12.5.1 TiB2/Al复合材料喷丸应力的测定 326
    12.5.2 TiB2/Al复合材料啧丸应力的松弛研究 330
    12.6 Ti基合金喷丸应力的测定 333
    12.6.1 TC4铁合金的喷丸应力 333
    12.6.2 TC4-DT铁合金喷丸残余应力场及其热松弛行为 334
    12.6.3 TC18 铁舍金的喷丸应力 336
    12.7 喷丸汽轮机叶片残余内应力 339
    12.8 18Cr2Nl4WA钢齿轮表面喷丸应力 341
    12.8.1 喷丸工艺 341
    12.8.2 宏观应力和微观应力分布 341
    12.8.3 啧丸层残余奥民体含量及其分布 343
    12.8.4 结论 344
    12.9 表面喷丸宏观应力分析小结 344
    参考文献 345
    第四章表面喷丸材料的微结构 347
    13.1 TiB2/ Al复合材料啧丸的残余应力和微结构 347
    13.1.1 衍射线形宽化效应 347
    13.1.2 啧丸宏观应力与晶粒细化及位错密度的关系 348
    13.2 复相钢DSS S32205啧丸的微结构效应 350
    13.2.1 喷丸复相钢DSS S32205及退火后的结构变化和线条宽化 350
    13.2.2 啧丸复相铜DSS 及追火后的残余应力、微观应变和位错 351
    13.2.3 啧丸复相铜DSS 逗火后的残余应力松弛和微结构回复 352
    13.3 TC4和(TiB+TiC)/TC4材料的喷丸的晶粒细化和位错 354
    13.3.1 Ti6A14V 衍射结条的宽化效应 354
    13.3.2 Ti6A14V 晶块尺度和位错效应 356
    13.4 喷丸S30432奥氏体微结构的稳定性 359
    13.5 激光硬化17-4PH钢的喷丸的微结构 362
    参考文献 368
    第14章 绿色二次电池脱嵌应力分析和导电机制 369
    14.1 MH/Nl电地充放电过程的脱嵌应力和导电机制研究 369
    14.1.1 正极活性材料的物相鉴定 370
    14.1.2 萨Nl(OH)2的宏观应力 372
    14.1.3 在充放电过程中Nl(OH)2微观应变和精细结构的变化 372
    14 1.4 在充放电过程中负极活性材料AB5 储氢合金的分析 373
    14.1.5 βNl(OH)2在充放电过程中的行为 375
    14.1.6 ABs 材料在充放电过程的行为 376
    14.1.7 充放电过程的导电物理机制 377
    14.2 2H-石墨/LlCo02 电池充放电过程的应变分析和导电机制 379
    14.2.1 正极活性材料LlCo02 在电池充放电过程的相分析 379
    14.2.2 LlCo02 在电池充放电过程宏观应变和微观应变的变化 380
    14.2.3 电池充放电过程负极活性材料相分析 381
    14.2.4 电池充放电过程石墨中宏观应变的变化 382
    14.2.5 电池充放电过程石墨中的微观应变和雄操无序 383
    14.2.6 LlCo02 在充放电过程中Ll的脱嵌机制 384
    14.2.7 石墨在充放电过程中Ll的脱嵌机制 385
    14.2.8 石墨/LlCo02 理离子电池在克放电过程中导电的物理机制 385
    14.3 经活化石墨/LiFeP04 电池充放电的实验研究 386
    14.3.1 经活化电袍的充放电过程正眼活性材料物相鉴定 386
    14.3.2 充放电过程正极活性材料的物相的定量分析——充放电的非对称性研究 387
    14.3.3 经活化电池的充放电过程负极活性材料结构演变 389
    14.4 未经成化组-石墨/LiFeP04 电池的充电过程的研究结果 390
    14.5 2H-石墨/LiFeP04 电池中惶的脱嵌机理和导电机制 391
    14.5.1 正极活性材料LiFeP04 在充放电过程中相变特征和Ll的脱嵌机理 391
    14.5.2 负极活性材料在充放电过程中的行为 393
    14.5.3 2H-石墨/LiFeP04电池的导电机制 394
    参考文献 395
    附录1 应力相关单位制及其转换 397
    附录2 常用材料的杨氏模量、泊松比v、Shkl/2和Shkl 399
    附录3 FCC晶体的位错比对因子 405
    附录4 BCC晶体的位错比对因子 407
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