[发明专利]一种XRD法检测残余应力的准确性检验及切应力计算方法

说明书

XRD法检测残余应力的准确性检验及切应力计算方法，属于金属材料检测方法技术领域，用于XRD法检测残余应力的准确性检验及切应力计算。本发明结合弹性力学基本理论推导出不同角度下XRD法的残余应力检测结果应服从余弦函数分布，使用origin软件对4个及以上不同角度残余应力检测结果进行余弦函数拟合，通过比较测量结果与拟合结果的偏差及拟合参数的偏差给出了XRD法残余应力检测结果的准确性检验方法，通过拟合获得的参数及相应公式提供了一种残余应力切应力的计算方法。本发明首次提出了XRD法的残余应力检测结果应服从余弦函数分布的结论，是对现有理论的突破，解决了现有的XRD法检测金属材料残余应力存在的问题。

技术领域

本发明涉及一种XRD法检测残余应力的准确性检验及切应力计算方法，属于金属材料检测方法技术领域。

背景技术

XRD即X-ray diffraction的缩写，中文翻译是X射线衍射。XRD法可以通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息，利用XRD法检测金属材料的残余应力是众多XRD法的应用之一。在运用XRD法检测残余应力过程中，难免会由于材料、设备和操作等方面的影响造成检验结果的不可靠，同时在试验过程中采用不同的参考晶面以及数据处理中采用不同的寻峰方式也可能会导致结果的不一致。在国家标准GB/T 7004-2017无损检测X射线应力测定方法中，提到了对残余应力检测结果只是进行概略性评估，即测量所得应力值的正反和数量级是否符合人们的预期。标准中所提到的概略性评估很大程度上依赖试验人员的主观预期，并且不能定量的描述测量值与真实值偏差大小，并且当测量值的正反和数量级与预期不符时往往残余应力测量值与真实值之间的差距已经达到了一定的程度。因此需要一种方法可以客观、有效地对残余应力检测结果的准确性进行描述。

另外XRD法的检测结果较为单一，不能对平面残余应力状态进行表述。尤其是其原理为通过测量应力状态下晶面距的改变并通过一定的计算获得材料表面沿某一方向上正向残余应力的大小，因此无法对不引起晶面距的改变的切应力进行测量。国家标准GB/T7004-2017中虽提到了测量3个方向后τ_xy的计算方法，但仅能提供一个方向上切应力的数值而不能提供不同角度下切应力分布情况，并且其依据的数据较少，难以保证计算结果的可信性。

XRD测量残余应力的检测结果物理意义是二维平面上沿测量方向残余应力正应力的大小，根据弹性力学的相关理论可推导出该物理量与角度之间存在余弦函数关系，而对应的残余应力切应力则符合同位向的正弦含糊分布。通过对不同角度XRD方法残余应力检测结果进行余弦函数拟合，比较测量结果与余弦函数符合的程度，即可实现对残余应力检测结果准确性的表征，根据拟合参数即可实现对残余应力切应力的计算。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种XRD法检测残余应力的准确性检验及切应力计算方法，这种方法提供了一种能够对使用XRD法的残余应力检测结果准确性进行评价的手段，避免了因设备和操作问题得出的错误数值被当作正确数值使用，保证了使用XRD法检测残余应力的可靠性和准确性。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种XRD法检测残余应力的准确性检验及切应力计算方法，它采用以下步骤进行：

(1)采用XRD对试样进行多个角度的残余应力测量，角度为0°～180°之间选取4个及以上的角度，经数据处理后，获得残余应力检测结果；

(2)对测试结果进行拟合，拟合的余弦函数形式为式中θ和σ分布代表角度和角度下的残余应力检测结果，将检测结果导入到origin软件中，做出角度(θ)—应力值(σ)散点图后运用非线性函数拟合功能对数据点进行拟合，其中角度变量均以角度制数值带入式中，拟合过程中运用余弦函数周期性修正R、β的数值，使R值为正，β值控制在0～180范围内，经多次迭代后获得A、R、β的最佳拟合值；