基于全二维面探测器技术的cosα方法之三维应力分析及其应用

发布日期：2019-12-08

    滚动接触疲劳在航空、汽车、轨道交通、装备制造等诸多工业领域均为重要研究对象。研究表明滚动接触疲劳是导致大部分机械零件在周变载荷下失效的主要因素之一。近年来，我国的轨道交通事业迎来了新的发展机遇，研究滚动接触疲劳损伤问题，并提出有效的预防措施具有愈发巨大的经济意义与科学价值。

    研究表明滚动接触零件表面下的三维应力分布情况是影响滚动接触疲劳寿命的主要因素，因此三维应力的精确测量对于滚动接触疲劳研究关重要。近几年，日本Pulstec公司推出了型号为μ-X360系列的基于全二维面探测技术的新一代X射线残余应力分析仪设备，该设备一经推出，便受到广大学者青睐。该设备采用cosα方法进行残余应力拟合，相比于传统的sin2Ψ方法，具有如下技术特色^[1]：

（1） 该类型残余应力分析仪设备在测试过程中无需改变入射角，因此设备的尺寸得以缩小，方便移动；

（2） 该类型残余应力分析仪设备用到了德拜环整个圆周的数据，可以在更短的时间内获得更精确的应力评估；

（3） 该类型残余应力分析仪可采用Sasaki-Hirose方法进行三维应力分析，且进行三维应力分析时所用时间比Dölle-Hauk方法和X射线积分方法都要更短；

（4） 从德拜环中心角度的衍射强度可得出马氏体晶粒的取向信息;

    目前已经有越来越多的同行专家和学者开始对该设备和方法开始感兴趣。尤其，基于cosα方法的残余应力分析仪设备因为移动方便，使得对滚动接触疲劳进行原位评估成为可能。Takumi Fujita等人的工作表明^[2]：基于德拜环的应力分析仪跟传统的X射线衍射应力分析仪相比，可快速获得疲劳、断裂准则、裂纹萌生以及滚动接触次表面安定极限等信息；而且，该系统不仅可以用来研究滚动接触疲劳机理还可对滚动接触疲劳的演变程度进行定量评估。Takumi Fujita等人发表的文章中，关于三维应力测量及德拜环测量所采用的设备就是日本Pulstec公司制造的型号为μ-X360的X射线残余应力分析仪设备。

日本Pulstec公司推出的新型号μ-X360s残余应力分析仪设备外观图片：

【参考文献】 

1. A method of X-Ray Microbeam Measurement of Local Stress and Its Application to Fatigue Crack Growth Problems, J. Soc. Mater. Sci. Japan. Vol.27,No.294,1978,pp.251-256(in Japanese).

2. Evaluation of Rolling Contact Fatigue Using X-Ray Diffraction Ring, Materials Performance and Characterization, Vol.5,,2016,pp23-37.