LUẬN VĂN PHÂN TÍCH SỰ ẢNH HƯỞNG HÌNH DẠNG BỀ MẶT ĐẾN HÀM HẤP THỤ TỔNG QUÁT TRONG TÍNH TOÁN BẰNG X QUANG, thuyết minh, động học, kết cấu máy, nguyên lý máy, cấu tạo máy, quy trình sản xuất
PHẦN A : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
- ĐẶT VẤN ĐỀ :
Trong thời kỳ phát triển khoa học kỹ thuật một cách mạnh mẽ, công nghệ tự động hóa đã giúp con người xử lý công việc một cách nhanh gọn chính xác, và làm tăng năng suất lao động. Những chi tiết máy có sức dẻo dai trong công việc, nhưng có những lúc ta thấy vậy nhưng không như vậy, ví dụ hai chi tiết có cùng vật liệu mà gia công và làm việc ở hai môi trường khác nhau và dẫn đến tuổi thọ của chúng khác nhau. Có thể do nhiều nguyên nhân sinh ra ví dụ như do ứng sư dư trên bề mặt vật liệu sinh ra sau quá trình gia công, xử lý nhiệt . . . đã để lại trên chi tiết và làm chúng thay đổi đặc tính bên trong, chính vì vậy nó là nguyên nhân gây hư hỏng biến dạng vật liệu. Cho nên việc xác định ứng suất dư có vai trò quan trọng trong quá trình xử lý và cải thiện điều kiện làm việc của các chi tiết máy.
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều phương pháp xác định ứng suất dư trên bề mặt chi tiết, trong đó có phương pháp nhiễu xạ, dùng tia X chiếu vào vật chi tiết mẫu để từ đó xác định ứng suất dư, hoặc dự đoán các vết nứt, tính ứng suất mõi . . . mà không phá hủy chi tiết mẫu.
Ngày nay khi đo mẫu chi tiết máy có nhiều hình dạng khác nhau như bề mặt chi tiết có thể là mặt phẳng, mặt trụ, mặt cầu . . . mà tia X khi chiếu tới có diện tích tương đối nhỏ ( từ 1mm2 ¸ 100mm2). Nếu chiếu tia X lên mặt phẳng hoặc lên mẫu đo hình trụ có bán kính lớn thì xem phần tiếp xúc giữa mẫu đo và tia X là mặt phẳng khi đó dùng công thức của Culity tính toán cường độ nhiễu xạ bị hấp thụ trên mặt phẳng. Còn nếu ta chiếu tia X vào mặt trụ có bán kính trung bình hoặc nhỏ thì không thể xem nó tiếp xúc là mặt phẳng (nếu dùng công thức tính cường độ nhiễu xạ bị hấp thụ trên bề mặt phẳng thì không chínhxác ).
Giả sử ta cần đo ứng suất của trục cán có tiết diện nhỏ thì lúc đó chiếu tia X vào mặt trụ có đường kính nhỏ trung bình hoặc nhỏ thì lúc này không thể xem nơi tiếp xúc giữa tia X và chi tiết mẫu là mặt phẳng mà nó là mặt trụ, khi đó cường độ của tia X bị nhiễu xạ trên mặt phẳng ít nhiều có sự thay đổi đo phần tiết diện tiếp xúc giữa tia X và chi tiết mẫu gây nên.
- NỘI DUNG NGHIÊN CỨU :
Phân tích sự ảnh hưởng hình dạng bề mặt của vật liệu đến hàm hấp thụ tổng quát trong tính toán ứng suất bằng X quang.
- PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU :
Nghiên cứu ở dạng lý thuyết, dựa vào đặc tính tia X khi chiếu vào mặt trụ có liên quan tới hàm hấp thụ trong ứng suất đo lường.
- TÍNH KHẢ THI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU :
Dựa vào kết quả ta có thể tính được sự ảnh hưởng của bề mặt chi tiết đến cường độ nhiễu xạ của chi tiết tương đối chính xác và từ đó xác định được ứng suất dư, ứng suất mõi, tìm vết nứt . . .
- GIỚI HẠN ĐỀ TÀI :
Do đặc tính của vật liệu rất đa dạng nên ở đây chỉ nghiên cứu hình dáng bề khi chiếu tia X vào mặt trụ có bán kính trung bình hoặc tương đối nhỏ, điển hình như trục cán, và từ đó tìm ra hàm hấp thụ của tia X khi chiếu tia X vào mặt trụ nhằm hỗ trợ tính toán ứng sưất dư, tìm ứng suất mõi, tìm vết nứt . . trên bề mặt trụ.
- ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN :
Tìm hàm cường độ nhiễu xạ bị hấp thụ tổng quát khi chiếu tia X vào hình trụ mà không dùng mặt phẳng giới hạn tia X khi tiếp xúc với mặt trụ.
PHẦN B: NỘI DUNG
MỘT SỐ KÝ HIỆU
l : bước sóng
lSWL : giới hạn bước sóng ngắn
2q : góc nhiễu xạ
d : khoảng cách giữa các mặt phẳng phân tử ( hkl )
n : phản xạ bậc cao
h : hằng số Plank
V : hiệu điện thế của đĩa
( P ) : mặt phẳng chứa ống phát và ống thu tia X ( mặt phẳng nghiêng )
( Q ) : mặt phẳng vuông góc với trục hình trụ chứa hướng đo ứng suất
Ψ : góc tạo bởi phương pháp tuyến của mẫu đo với phương pháp tuyến của họ mặt phẳng nguyên tử nhiễu xạ
Ψo : góc tạo bởi phương pháp tuyến của mẫu đo và tia tới X
h : là góc phân giác của tia tới và tia nhiễu xạ X
ho : là góc tạo bởi phương pháp tuyến của họ mặt phẳng nhiễu xạ và tia tới X
g : góc tạo bởi tia tới X và phương ngang
b : góc tạo bởi tia nhiễu xạ và phương ngang
j : góc tạo bởi phương pháp tuyến của mẫu đo với mặt phẳng nghiêng
a : góc tạo bởi trục đứng mẫu đo hình trụ với ( P )
a : hệ số tính chất của vật liệu ( phụ thuộc loại vật liệu )
b : thể tích phần năng lượng tia tới trên một đơn vị thể tích ( phụ thuộc vào đặc tính của tia X như Cr-Ka, Cr-Kb, Cu-Kb, Co-Kb . . .)
m : hằng số hấp thụ ( phụ thuộc vào đặc tính của tia X và loại vật liệu mẫu đo )
AB : chiều dài tia tới thẩm thấu đến phân tố bị nhiễu xạ
BC : chiều dài nhiễu xạ từ phân tố bị nhiễu xạ đến ra ngoài mẫu đo
d : chiều sâu thẩm thẩm thấu tại h = 0o
R : bán kính của mẫu đo hình trụ
r : bán kính tại phân tố bị nhiễu xạ
dr : chiều dày phân tố bị nhiễu xạ
w : góc giới hạn vùng nhiễu xạ
dw : bề rộng phân tố bị nhiễu xạ
L : chiều dài phân tố bị nhiễu xạ
Lc : chiều dài thẩm thấu của tia tới và nhiễu xạ đi ra ngoài mẫu đo.
dV = Ldrdw : thể tích phân tố bị nhiễu xạ
B x H : tiết diện của tia X
Chương 1 : KHÁI NIỆM VỀ TIA X
1.1. GIỚI THIỆU VỀ TIA X :
1.1.1 Lịch sử phát hiện tia X :
Tia X hay còn gọi là tia Rơntgen do nhà khoa học Đức Wilhelm Conrad Roentgen phát hiện ra vào năm 1895, tại phòng thí nghiệmViện Vật lý thuộc trường Đại học Tổng hợp Wurtzbourg ( cách Berlin 300 km về phía tây nam ). Rơntgen cho dòng điện đi qua ống tia âm cực ( là ống thuỷ tinh chân không có hai điện cực ở hai đầu ) và đặt màn chắn giữa ống và tia âm cực với bản thuỷ tinh ( trong đó có tráng một lớp hỗn hợp phát quang ) thì xuất hiện ánh sáng xanh nhè nhẹ khác lạ so với tia lửa điện.
Lần lượt ông đưa giấy, bìa cứng cho ánh sáng qua và ông nhận ra thấy các ống xương tay và chiếc nhẫn đeo tay có màu đậm in trên giấy cứng sau khi rửa ảnh.Tiếp tục ông thay giấy cứng bằng quyển sách dày cũng tương tự, rồi ông để trực tiếp cho ánh sáng xanh trên chiếu qua tay ông và ông thấy rõ mồn một từng khớp ngón tay và gân máu của ông đang dịch chuyển khi tay ông chuyển động.
Từ đó tia X được ứng dụng vào y học đầu tiên, giúp con người thấy được cơ quan nội tạng bên trong cơ thể.
Tháng 2 năm 1886, tại Pari, nhà vật lý Oudin và bác sĩ Bathelemy đã thực nghiệm X quang tại nhà, dựa vào nguyên lý của Roentgen, họ đã chế tạo máy X quang đầu tiên trên thế giới, và bác sĩ Antoine Beclere đã chiếu X quang cho người đầu bếp của mình, ông nhận thấy phổi của bà có nhiều chỗ bị mờ, hỏi ra mới biết, trước đó bà đã bị ho ra máu. Đó là trường hợp đầu tiên chuẩn đoán X quang đầu tiên trong lịch sử y học trên thế giới.
Sau này giáo sư người Pháp Henri Becquenre đã nghiên cứu về phóng xạ cùng với Marie Cuie ( người Pháp gốc Ba Lan), và Joseph John Thomson ( giáo sư vật lý người Anh) dựa vào nguyên lý của máy X quang đã trở thành cha đẻ về phóng xạ nhân loại.
Tia X có khả năng đặc biệt xuyên qua giấy, gỗ, vải, cao su, phần mềm của cơ thể . . . Nhưng không đi qua được kim loại, nhất là những kim loại có tỷ trọng lớn, không đi qua được một số bộ phận trong cơ thể, nhất là những bộ phận có chứa nguyên tố nặng như xương. Mặc khác nó không ảnh hưởng bởi từ trường, nó làm cho không khí dẫn điện hiện lên phim.
Sau đây là trật tự dãy ánh sáng : Tia gama – Tia X – Tia cực tím – Ánh sáng nhìn thấy – Tia hồng ngoại – Sóng rađa – Sóng vô tuyến.
Từ tia gama, tia X và tia cực tím là nhũng tia có bước sóng ngắn, tầng số và năng lượng cao, còn tia hồng ngoại, sóng rađa và sóng vô tuyến có bước sóng dài, tầng số và năng lượng thấp. Ánh sáng nhìn thấy được có bước sóng từ 400nm tới 700nm tương ứng với dãy ánh sáng sắp xếp xác nhau : màu tím, màu chàm, màu xanh dương, màu xanh lá cây, màu vàng và màu đỏ.
Bước sóng của tia X khoảng từ 10 nm tới 1 pm, năng lượng khoảng 200 eV đến 1 MeV, trong khi bước sóng ánh sáng từ 400 nm tới 700 nm
1.1.2 Lịch sử phát triển tia X :
Năm 1912 Von Laue đã chứng minh rằng tia X có thể bị nhiễu xạ bởi tinh thể.
Năm 1935 lần đầu tiên Le Galley chế tạo máy phát tia X đo tinh thể ở cấu trúc dạng bột.
Năm 1947 ông Phillip lần đầu tiên giới thiệu rộng rãi và bán máy nhiễu xạ đo tinh thể có cấu trúc dạng bột.
Vào đầu những thập niên 50 máy đo nhiễu xạ dạng bột dùng rộng rãi để nghiên cứu những vật liệu có cấu trúc chưa hoàn chỉnh.
Năm 1969 Rietveld đã phát triển phương pháp phân tích dãy dữ liệu nhiễu xạ có cấu trúc dạng bột.
Năm 1977 Cox, Young, Thomas và các tác giả khác lần đầu tiên ứng dụng phương pháp Rietveld về bức xạ tia X.
1.1.3. Ứng dụng tia X :
Tia X được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành : y học, địa chất, hoá học, vật liệu học, môi trường . . .như : nghiên cứu môi trường khoáng sản, dự báo và phân tích địa tầng học, nghiên cứu sự hình thành các quặng, chụp X quang trong y học, xác định cấu trúc tinh thể, tìm thông số mạng tinh thể, tìm ứng suất dư để lại trên bề mặt chi tiết sau gia công, tìm ứng suất mõi . . .
Hiện nay trong nước ta đã ứng dụng tia X vào một số ngành nghề như : chụp X quang trong y học, ứng dụng phương phápnhiễu xạ để xác định loại amiăng có nguy cơ ảnh hưởng tới sức khoẻ con người, dùng tia X phân tích các chất thải ra từ các công nghiệp làm ô nhiễm môi trường ở các làng nghề Nam Định.
.........................................................................................................................................
- ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI
Dựa trên cơ sở lý thuyết nhiễu xạ tia X và các phương pháp đo nhiễu xạ trên máy đo đơn tinh thể, kết hợp việc phân tích, tính toán và vẽ đồ thị trên phần mềm Maple, đề tài đã đạt được kết quả như sau :
Xây dựng được hàm cường độ nhiễu xạ bị hấp thụ tổng quát trên bề mặt hình trụ dùng phương pháp đo kiểu W mà không cần khống chế tiết diện tia X, để từ đó xác định chính xác cường độ nhiễu xạ và tính các ứng suất dư, ứng suất mõi trên bề mặt hình trụ ( mở rộng ra nhiều phương pháp tính).
- HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Đề tài này chỉ xét sự ảnh hưởng của hình dạng mặt trụ hưởng tới hàm hấp thụ tổng quát trong tính toán ứng suất b ằng X quang và xem vật liệu đồng nhất và đẳng hướng.. Vì vậy để tính toán toàn diện hơn, sau này sẽ tiếp tục nghiên cứu tính phi đẳng hướng của vật liệu nó ảnh hưởng đến tính hấp thụ của cường độ nhiễu xạ như thế nào
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PGS.TS Phạm Ngọc Nguyên, Giáo Trình Phân Tích Vật Lý, NXB Khoa Học & Kỹ Thuật Hà Nội, 2006
[2]. Lê Công Dưỡng, Kỹ Thuật Phân Tích Cấu Trúc Bằng Tia RONTGEN, NXB Khoa Học & Kỹ Thuật Hà Nội, 1999.
[3]. Ismail C.Noyan Jerome B.Cohen, Residual Stress Measurement by Diffraction and Interpretation, Springer – Verlag New York Berlin Heideberg London Paris Tokyo, 1987.
[4]. B.D.Culity, Element of X – Ray Diffraction, Prentice Hall Upper Ssddle River, 2001
[5]. Viktor Hauk, Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Method, Elsevier, 1997
[6]. Keisuke Tanaka Shotaro Kodama and Toru Goto, X – Ray Diffraction Studies on the Deformation and Fracture of Solids ( Current Japanese Materials Research, Vol.10), Elsevier Applied Science ,1993
[7]. Masanori Kurita and L.C.Cuong, LPA Factor in X – Ray Stress Measurement and Its Influence on Stress Value, Graduate student of Nagaoka University of Technology , 2003
[8]. Le Chi Cuong, Development of Automated X – Ray Stress Measurement with Its Application, Doctoral Thesis, 2004.
[9]. Le Chi Cuong and Masanori Kurita , Absorption Factor and Influence of LPA on Stress and Diffraction Line Width in X- Ray Stress Measurement, Graduate student of Nagaoka University of Technology, 2003
[10]. Taizo oguri, Application of X – Ray Stress Mearsurement to Curved Surface – Residual Stress of Cylindrical Surface, Material Science Research International, Vol.49, 2000
[11]. M.Francois, The influence of Cylindrical Geometry on X – Ray Stress Tensor Analysis, Joural of Applied Crystallography ISSN 0021-8898, 1995
MỤC LỤC
Trang
Phần A : GIỚI THIỆU CHUNG VỂ ĐỀ TÀI 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Nội dung nghiên cứu 1
1.3 Phương pháp nghiên cứu 2
1.4 Tính khả thi phương pháp nghiên cứu 2
1.5 Giới hạn đề tài 2
1.6 Điểm mới của luận văn 2
Phần B : NỘI DUNG 3
Một số ký hiệu 3
Chương 1 : KHÁI NIỆM VỀ TIA X 5
1.1 Giới thiệu về tia X 5
1.1.1 Lịch sử phát hiện tia X 5
1.1.2 Lịch sử phát triển tia X 6
1.1.3 Ứng dụng tia X 7
1.1.4 Tạo tia X 7
1.1.5 Đặc điểm của đường bức xạ 8
1.1.6 Nhiễu xạ tia X 11
1.1.7 Giới hạn bước sóng và hiện tượng quang phổ 14
1.2 Nguyên lý cấu tạo thiết bị 15
1.2.1 Phương pháp chụp ảnh 15
1.2.2 Phương pháp nhiễu xạ kế 16
1.2.3 Ưu điểm của phương pháp đo nhiễu xạ kế so với phương pháp chụp ảnh 19
Chương 2 : HỆ SỐ HẤP THỤ TRÊN BỀ MẶT PHẲNG 20
2.1 Các phương pháp đo trên máy nhiễu xạ đơn tinh thể 20
2.1.1 Phương pháp đo kiểu y 20
a. Phương pháp đo kiểu y, cố định y 21
b. Phương pháp đo kiểu y, cố định yo 21
2.1.2 Phương pháp đo kiểu W 22
a. Phương pháp đo kiểu W, cố định h 23
b. Phương pháp đo kiểu W, cố định ho 24
2.2 Hệ số hấp thụ ảnh hưởng tới cường độ nhiễu xạ trên mặt phẳng 24
2.3 Hàm số hấp thụ trên bề mặt trụ bằng phương pháp kiểu y cố định yo 26
Chương 3 : HÀM HẤP THỤ ĐO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂU W KHÔNG KHỐNG CHẾ TIẾT DIỆN TIA X TRÊN BỀ MẶT HÌNH TRỤ 29
3.1 Giới thiệu phương pháp đo 30
3.2 Dùng phương pháp đo kiểu W, cố định góc h 31
3.3 Dùng phương pháp đo kiểu W, cố định góc ho 35
Chương 4 : KHẢO SÁT HAI HÀM HẤP THỤ DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂU W 38
4.1 Khảo sát hàm hấp thụ dùng phương pháp đo kiểu W, cố định góc h không khống chế tiết diện tia X 38
4.2 Đánh giá hàm hấp thụ dùng phương pháp đo kiểu W, cố định góc ho không khống chế tiết diện tia X 40
4.2.1 Hàm hấp thụ ứng với các bán kính R, cố định góc tới ho 41
4.2.2 Hàm hấp thụ ứng với các góc tới ho, cố định bán kính R 46
Phần C : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 47
1.1 Tóm tắt kết quả đề tài 47
1.1.1 Ở phương pháp đo kiểu W, cố định góc h không khống chế tiết diện tia X 47
1.1.2 Ở phương pháp đo kiểu W, cố định ho không khống chế tiết diện tia X 48
1.2 Đánh giá kết quả đề tài 48
1.3 Hướng phát triển đề tài 48
BẢNG PHỤ LỤC 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO
