本發(fā)明涉及一種定位振動時(shí)效控制時(shí)效件疲勞壽命的方法，是研究定位振動時(shí)效及其工藝參數(shù)對時(shí)效件疲勞壽命的控制方法。本發(fā)明屬于機(jī)械制造中的產(chǎn)品質(zhì)量控制工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代航空航天工業(yè)的快速發(fā)展與國際化競爭的日趨激烈，世界各主要軍事強(qiáng)國對各式飛行器的性能都提出了很高的要求。為此，在飛機(jī)、火箭等飛行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造中，一些大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件(可大至數(shù)米)，尤其是主承力結(jié)構(gòu)件(如飛機(jī)的大梁、隔板、壁板；火箭的整流罩、艙體和戰(zhàn)略武器戰(zhàn)斗部殼體等)普遍采用了整體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。然而，大型整體結(jié)構(gòu)件，尤其是薄壁結(jié)構(gòu)件，在機(jī)械加工過程中往往會出現(xiàn)加工變形及尺寸超差的問題，直接導(dǎo)致工件報(bào)廢、工期延誤等不良后果。科研結(jié)果表明，導(dǎo)致這些問題的首要因素為工件內(nèi)部分布不均的殘余應(yīng)力。振動時(shí)效技術(shù)，是在周期性外力作用下促使工件振動，使構(gòu)件產(chǎn)生一定的塑性變形，隨之殘余應(yīng)力得到松弛，從而使構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定下來。振動時(shí)效是繼自然時(shí)效和熱時(shí)效后發(fā)展起來的一種綠色、高效的時(shí)效技術(shù)。與傳統(tǒng)的熱時(shí)效和自然時(shí)效相比，振動時(shí)效技術(shù)不僅具有生產(chǎn)周期短，設(shè)備占地面積小，處理方式靈活方便，生產(chǎn)和投資成本低，綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有非常高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。然而，振動時(shí)效和“疲勞”具有相同的載荷性質(zhì)，學(xué)術(shù)界長期存在“振動時(shí)效會不會降低工件的疲勞壽命”的爭論，一直無形中禁止振動時(shí)效應(yīng)用于承受疲勞載荷的工件上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1、目的

本發(fā)明的目的是提供一種定位振動時(shí)效控制時(shí)效件疲勞壽命的方法，以針對不用材料，不用結(jié)構(gòu)形式的時(shí)效件，研究定位振動時(shí)效對時(shí)效件疲勞壽命的影響，消除人們對振動時(shí)效工藝的懷疑。

2、技術(shù)方案

本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

分析時(shí)效件的殘余應(yīng)力分布，確定時(shí)效件需要時(shí)效的區(qū)域；

針對不同形式的結(jié)構(gòu)件，確定結(jié)構(gòu)件的振動形式，使時(shí)效件的時(shí)效區(qū)域與疲勞區(qū)域一致；

由于動應(yīng)力在振動時(shí)效中起著至關(guān)重要的作用，為了提高本發(fā)明的通用性，需要對結(jié)構(gòu)件時(shí)效區(qū)域在不同振動參數(shù)振動時(shí)效時(shí)的動應(yīng)力進(jìn)行測試；

確定評價(jià)振動時(shí)效均化殘余應(yīng)力效果的應(yīng)用方式，完成振動時(shí)效的前期殘余應(yīng)力測試；

根據(jù)動應(yīng)力測試結(jié)果，分別選擇不同的振動參數(shù)進(jìn)行振動時(shí)效；

進(jìn)行振動時(shí)效后的殘余應(yīng)力測試，評價(jià)不同振動參數(shù)振動時(shí)效對殘余應(yīng)力的均化效果；

通過疲勞實(shí)驗(yàn)，獲得時(shí)效件在不同振動參數(shù)振動時(shí)效后的疲勞壽命狀況，由此為振動時(shí)效應(yīng)用于承受疲勞載荷的工件提供理想的振動參數(shù)，消除人們對振動時(shí)效工藝的懷疑。

綜上所述，本發(fā)明一種定位振動時(shí)效控制時(shí)效件疲勞壽命的方法，該方法具體步驟如下：

步驟一：根據(jù)時(shí)效件的材料和結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐過程中殘余應(yīng)力測試經(jīng)驗(yàn)及結(jié)合有限元數(shù)值仿真，分析時(shí)效件殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，確定時(shí)效件需要時(shí)效的區(qū)域；

步驟二：對時(shí)效件進(jìn)行模態(tài)分析，優(yōu)選振型，使時(shí)效件的時(shí)效區(qū)域與疲勞區(qū)域一致；

步驟三：根據(jù)步驟二所選振型確定時(shí)效件安裝形式和激振頻率；

步驟四：將應(yīng)變片貼在時(shí)效件的時(shí)效區(qū)域，根據(jù)步驟三，將時(shí)效件安裝于振動平臺上，固定激振頻率，改變激振力大小，利用動態(tài)應(yīng)變測試儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄動應(yīng)變數(shù)據(jù)，根據(jù)動應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算出動應(yīng)力(不局限于此種動應(yīng)力測試方法)；

步驟五：將一批時(shí)效件進(jìn)行分組，并對其分組情況進(jìn)行標(biāo)識。從每組中選取若干件時(shí)效件并將其編號，使用鉆孔法、剝層法、X射線衍射法、中子衍射法(不局限于這幾種殘余應(yīng)力測試方法)對時(shí)效件進(jìn)行振動時(shí)效前殘余應(yīng)力測試；

步驟六：將時(shí)效件的分組狀態(tài)與步驟五對應(yīng)，按照與步驟四相同的安裝形式，根據(jù)步驟四得到的動應(yīng)力數(shù)據(jù)，分別選擇不同的激振力對不同組的時(shí)效件進(jìn)行振動時(shí)效，振動時(shí)間一定；

步驟七：為了定量評價(jià)殘余應(yīng)力均化效果，對步驟五從各組中選取的時(shí)效件的時(shí)效區(qū)域進(jìn)行振動時(shí)效后殘余應(yīng)力測試；

步驟八：將不同振動狀態(tài)的時(shí)效件進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)(拉-壓、拉-拉、扭轉(zhuǎn)、彎曲等疲勞實(shí)驗(yàn))，獲得固定激振頻率下，不同激振力振動時(shí)效后的疲勞壽命；

其中，步驟四中所述的“將應(yīng)變片貼在時(shí)效件的時(shí)效區(qū)域，根據(jù)步驟三，將時(shí)效件安裝于振動平臺上，固定激振頻率，改變激振力大小，利用動態(tài)應(yīng)變測試儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄動應(yīng)變數(shù)據(jù)，根據(jù)動應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算出動應(yīng)力”，其具體實(shí)現(xiàn)過程如下：用502膠水將應(yīng)變片貼在時(shí)效件的時(shí)效區(qū)域，將應(yīng)變片與動態(tài)應(yīng)變測試儀對應(yīng)的端口用導(dǎo)線連接，并將動態(tài)應(yīng)變測試儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與電腦連接，然后固定激振頻率，改變激振力大小，在振動過程中記錄動應(yīng)變數(shù)據(jù)。最后根據(jù)材料力學(xué)公式計(jì)算出主應(yīng)力，由第四強(qiáng)度理論計(jì)算出等效動應(yīng)力；

其中，步驟五中所述的“將一批時(shí)效件進(jìn)行分組，并對其分組情況進(jìn)行標(biāo)識。從每組中選取若干件時(shí)效件并將其編號，使用鉆孔法、剝層法、X射線衍射法、中子衍射法(不局限于這幾種殘余應(yīng)力測試方法)對時(shí)效件進(jìn)行振動時(shí)效前殘余應(yīng)力測試”，其具體實(shí)現(xiàn)過程如下：將一批時(shí)效件分為若干組，并對其振動狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)識，分為A，B，C，……等組，然后從每一組中選取若干個(gè)時(shí)效件并將其編號為A-1，A-2，A-3，……，使用鉆孔法、剝層法、X射線衍射法、中子衍射法(不局限于這幾種殘余應(yīng)力測試方法)對時(shí)效件進(jìn)行振動時(shí)效前殘余應(yīng)力測試，振前殘余應(yīng)力測試可以只測試時(shí)效件表面殘余應(yīng)力，也可以測試時(shí)效件表面及其垂直于時(shí)效件表面深度方向的殘余應(yīng)力；

其中，步驟八中所述的“將已標(biāo)識的時(shí)效件進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)(拉-壓、拉-拉、扭轉(zhuǎn)、彎曲等疲勞實(shí)驗(yàn))，獲得固定激振頻率下，不同激振力振動時(shí)效后的疲勞壽命”，其具體實(shí)現(xiàn)過程如下：利用升降法與成組法相結(jié)合的方法，繪制出每種振動狀態(tài)的S-N曲線。

3、優(yōu)點(diǎn)及效果

(1)本發(fā)明根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐過程中殘余應(yīng)力測試經(jīng)驗(yàn)及結(jié)合有限元數(shù)值仿真，分析時(shí)效件殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，優(yōu)選振型，使時(shí)效件的時(shí)效區(qū)域與疲勞區(qū)域一致，避免了振動時(shí)效的盲目性；

(2)本發(fā)明針對不同的振動時(shí)效參數(shù)進(jìn)行了動應(yīng)力測試，為實(shí)際生產(chǎn)中使用振動時(shí)效均化殘余應(yīng)力提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，提高了振動時(shí)效的針對性；

(3)本發(fā)明提供了振動時(shí)效工藝對疲勞性能影響最直接的證據(jù)，為不同金屬材料，不同形式結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)工藝制定提供了新思路。

附圖說明

圖1位本發(fā)明的流程框圖

具體實(shí)施方式

見圖1，本發(fā)明所描述的一種定位振動時(shí)效控制時(shí)效件疲勞壽命的方法，該方法具體步驟如下：

步驟一：根據(jù)時(shí)效件的材料和結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐過程中殘余應(yīng)力測試經(jīng)驗(yàn)及結(jié)合有限元數(shù)值仿真，分析時(shí)效件殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，確定時(shí)效件需要時(shí)效的區(qū)域；

步驟二：對時(shí)效件進(jìn)行模態(tài)分析，優(yōu)選振型，使時(shí)效件的時(shí)效區(qū)域與疲勞區(qū)域一致；

步驟三：根據(jù)步驟二所選振型確定時(shí)效件安裝形式和激振頻率；

步驟四：將應(yīng)變片貼在時(shí)效件的時(shí)效區(qū)域，根據(jù)步驟三，將時(shí)效件安裝于振動平臺上，固定激振頻率，改變激振力大小，利用動態(tài)應(yīng)變測試儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄動應(yīng)變數(shù)據(jù)，根據(jù)動應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算出動應(yīng)力(不局限于此種動應(yīng)力測試方法)；

步驟五：將一批時(shí)效件進(jìn)行分組，并對其分組情況進(jìn)行標(biāo)識。從每組中選取若干件時(shí)效件并將其編號，使用鉆孔法、剝層法、X射線衍射法、中子衍射法(不局限于這幾種殘余應(yīng)力測試方法)對時(shí)效件進(jìn)行振動時(shí)效前殘余應(yīng)力測試；

步驟六：將時(shí)效件的分組狀態(tài)與步驟五對應(yīng)，按照與步驟四相同的安裝形式，根據(jù)步驟四得到的動應(yīng)力數(shù)據(jù)，分別選擇不同的激振力對不同組的時(shí)效件進(jìn)行振動時(shí)效，振動時(shí)間一定；

步驟七：為了定量評價(jià)殘余應(yīng)力均化效果，對步驟五從各組中選取的時(shí)效件的時(shí)效區(qū)域進(jìn)行振動時(shí)效后殘余應(yīng)力測試；

步驟八：將不同振動狀態(tài)的時(shí)效件進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)(拉-壓、拉-拉、扭轉(zhuǎn)、彎曲等疲勞實(shí)驗(yàn))，獲得固定激振頻率下，不同激振力振動時(shí)效后的疲勞壽命；

其中，步驟四中所述的“將應(yīng)變片貼在時(shí)效件的時(shí)效區(qū)域，根據(jù)步驟三，將時(shí)效件安裝于振動平臺上，固定激振頻率，改變激振力大小，利用動態(tài)應(yīng)變測試儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄動應(yīng)變數(shù)據(jù)，根據(jù)動應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算出動應(yīng)力”，其具體實(shí)現(xiàn)過程如下：用502膠水將應(yīng)變片貼在時(shí)效件的時(shí)效區(qū)域，將應(yīng)變片與動態(tài)應(yīng)變測試儀對應(yīng)的端口用導(dǎo)線連接，并將動態(tài)應(yīng)變測試儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與電腦連接，然后固定激振頻率，改變激振力大小，在振動過程中記錄動應(yīng)變數(shù)據(jù)。最后根據(jù)材料力學(xué)公式計(jì)算出主應(yīng)力，由第四強(qiáng)度理論計(jì)算出等效動應(yīng)力；

其中，步驟五中所述的“將一批時(shí)效件進(jìn)行分組，并對其分組情況進(jìn)行標(biāo)識。從每組中選取若干件時(shí)效件并將其編號，使用鉆孔法、剝層法、X射線衍射法、中子衍射法(不局限于這幾種殘余應(yīng)力測試方法)對時(shí)效件進(jìn)行振動時(shí)效前殘余應(yīng)力測試”，其具體實(shí)現(xiàn)過程如下：將一批時(shí)效件分為若干組，并對其振動狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)識，分為A，B，C，……等組，然后從每一組中選取若干個(gè)時(shí)效件并將其編號為A-1，A-2，A-3，……，使用鉆孔法、剝層法、X射線衍射法、中子衍射法(不局限于這幾種殘余應(yīng)力測試方法)對時(shí)效件進(jìn)行振動時(shí)效前殘余應(yīng)力測試，振前殘余應(yīng)力測試可以只測試時(shí)效件表面殘余應(yīng)力，也可以測試時(shí)效件表面及其垂直于時(shí)效件表面深度方向的殘余應(yīng)力；

其中，步驟八中所述的“將已標(biāo)識的時(shí)效件進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)(拉-壓、拉-拉、扭轉(zhuǎn)、彎曲等疲勞實(shí)驗(yàn))，獲得固定激振頻率下，不同激振力振動時(shí)效后的疲勞壽命”，其具體實(shí)現(xiàn)過程如下：利用升降法與成組法相結(jié)合的方法，繪制出每種振動狀態(tài)的S-N曲線。