[发明专利]一种多维高频微观振动时效系统及方法

说明书

多维高频微观振动时效系统，包括上位机系统、任意波形发生卡、功率驱动器、多维高频激振器、多维传感器、二次仪表、数据采集卡、支撑装置；上位机系统控制任意波形发生卡输出正弦激振信号，并通过功率驱动器输入到多维高频激振器，驱动多维高频激振器产生多维高频振动。多维高频微观振动时效消除残余应力的方法包括通过X射线衍射法获取工件表面的残余应力分布状态；多维高频激振器固定在工件的残余应力峰值处；确定多维高频微观振动时效的激振频率；对工件进行多维高频微观振动时效处理，直至上位机系统中显示的多维振动信号的幅值稳定为止。本发明具有能够消除工件各个方向上的残余应力、提高残余应力消除效果的优点。

技术领域

本发明涉及振动时效技术领域，特指一种多维高频微观振动时效系统及方法。

技术背景

振动时效技术是机械工程领域中广泛使用的残余应力消除方法，即对工件施加机械振动载荷，当工件内部的残余应力与附加的动应力之和超过材料的屈服极限时，材料内部将会发生塑性变形，从而使得材料内部的残余应力得以释放。

目前振动时效技术主要包括低频振动时效技术、频谱谐波振动时效技术、高频振动时效技术以及超声振动时效技术，其中低频振动时效技术和频谱谐波振动时效技术是采用偏心轮式电机作为激振器，通过配置不同质量的偏心轮为待处理的构件提供不同幅值的离心作用力，即对待处理的构件作用了不同幅值的动应力，这样的离心作用力可以分解为两个正交方向上的动应力，所以低频振动时效技术和频谱谐波振动时效技术的激振方向是二维的，能够实现对工件进行二维振动时效处理，但是这种形式的二维振动时效处理技术是由激振器本身的特性决定的，因此低频振动时效技术和频谱谐波振动时效技术并不是真正意义上的多维振动时效技术。同时低频振动时效技术采用偏心轮式电机作为激振器导致其激振频率通常小于200Hz，这表明低频振动时效技术和频谱谐波振动时效技术的可选振型非常有限；同时低频振动时效技术和频谱谐波振动时效技术是通过对构件进行整体激振的方式来消除残余应力的，这都导致了低频振动时效技术和频谱谐波振动时效技术在消除构件的局部残余应力或大型复杂构件的残余应力时效果有限。

高频振动时效技术和超声振动时效技术可以统称为高频微观振动时效技术，是将激振频率大于1kHz的高频振动能量注入到材料内部，作用在构件上的振动幅值为微米级别，相对于传统低频振动时效技术和频谱谐波振动时效技术的大振幅激励(激振幅值为毫米级别)，可以保护构件不受疲劳损伤的危险，适合于消除构件的局部残余应力和大型复杂构件的残余应力。然而高频微观振动时效技术的振动方向是轴向振动，属于单维振动时效技术。低频振动时效技术、频谱谐波振动时效技术以及高频微观振动时效技术对构件进行振动时效处理时，通常不考虑材料内部残余应力的方向而完成激振处理，导致残余应力的消除效果较差。Munsi A.S.M.Y.等人在文献《Vibratory stress relief-aninvestigation of the torsional stress effect in welded shafts》中研究发现对焊接杆件施加扭转振动载荷，可以在作用较小动应力的情况下得到较好的时效效果。综上所述，对待处理的构件进行振动时效处理时根据材料内部残余应力的方向选择适当的激振方向，可以获得最佳的振动时效效果；在不了解材料内部残余应力分布的情况下，采用多维激振是得到较好振动时效效果的有效方法，但是对于多维振动时效技术的研究却未曾见到。因此为了提高振动时效技术消除构件的局部残余应力和大型复杂构件的残余应力的效果，本发明提出一种多维高频微观振动时效系统及方法。

发明内容

为了提高振动时效技术消除工件的局部残余应力和大型复杂工件的残余应力的效果，本发明提出一种多维高频微观振动时效系统及方法，所谓“多维高频微观振动时效”是指对工件进行多方向的高频微观激振，从而达到消除工件各个方向上的残余应力、提高残余应力消除效果的目的。

多维高频微观振动时效系统，包括上位机系统、任意波形发生卡、功率驱动器、多维高频激振器、多维传感器、二次仪表、数据采集卡、支撑装置；多维高频激振器固定在工件的表面上，工件安装在具有弹性的支撑装置上。