X射线应力分析中自由表面效应、X射线弹性常数模型及晶粒取向分布函数的计算与实验研究

X射线应力分析需要精确的X射线弹性常数(XECs)，但XEC计算面临建模方法、择优取向和自由表面效应等挑战。来自国内的研究人员通过建立表面效应模型，比较不同XEC模型及实验数据，发现纯表面效应模型表现最佳，同时揭示了晶粒取向分布函数(ODF)变化对单晶面(hkl)XEC的显著影响，为材料应力表征提供了理论优化依据。

　　

这项研究深入探究了X射线应力分析中的三大核心问题：自由表面效应、X射线弹性常数(XEC)模型选择及晶粒取向分布函数(ODF)的影响。当X射线穿透材料表面时，由于自由表面的存在，晶粒-基体在法向的相互作用会改变泊松效应，研究人员据此建立了表面层模型——假设表层晶粒因自由表面解除约束，其法向泊松作用不受阻碍。该模型分别计算了零穿透深度和晶粒尺度层厚两种情况，后者通过衰减加权平均法整合表层与体相数据。

通过对比多种XEC模型及不同实验条件（包括晶面指数(hkl)、X射线波长和穿透深度），研究发现纯表面效应模型与实验数据吻合度最高。有趣的是，晶粒取向分布函数(ODF)的微小变化会显著影响特定晶面(hkl)的XEC值，但对晶面群平均值影响有限。这项成果为材料应力场的精准表征提供了新思路，尤其对航空发动机叶片等表面应力敏感部件的无损检测具有重要指导意义。