[发明专利]一种基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法

说明书

基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法，包括获取构件的表面残余应力分布状态；推导应变振型与位移振型的关系，建立应变振型的控制方程；采用有限元软件建立构件的有限元模型，对构件进行数值模态分析；获取构件的各阶应变振型和固有频率；确定振动时效的激振频率f₀；以(f₀‑f₀×20％)Hz为初始激振频率，对构件进行扫频振动，获取振动幅值最大时的频率作为振动时效的激振频率f₁。本发明提出的基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法确定的激振频率是以构件表面的残余应力分布为依据，共振应变函数为准则的，有利于获得较为理想的振动时效效果。

技术领域

本发明涉及振动时效技术领域，特指一种基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法。

技术背景

消除构件加工制造过程中的残余应力是机械制造工业领域中的一项重要研究课题。振动时效技术因为具有设备简单、处理时间短、处理效果好等特点而成为备受关注的残余应力消除技术。国内外专家学者已经对振动时效工艺和理论开展了深入的研究，并取得了丰富的理论成果和应用实例。通过国内外专家学者的研究发现，影响振动时效效果的关键工艺参数主要包括：激振频率、激振振幅和激振时间。目前对于激振频率的选择主要采用扫频法，即对构件进行扫频振动，寻找构件振动幅值较大的共振频率，然后在其共振频率或者亚共振频率下进行振动时效处理。然而通过扫频法确定振动时效的激振频率时，通常并不考虑材料的残余应力分布状态以及振型的分布规律，极大地限制了振动时效消除残余应力的效果。针对扫频法确定振动时效激振频率存在的不足，本发明提出一种基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法。

发明内容

针对扫频法确定振动时效激振频率存在的不足，本发明提出一种基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法。

基于应变振型的振动时效激振频率的确定方法，包括以下步骤：

(1)、获取构件的表面残余应力分布状态；

(2)、推导应变振型与位移振型的关系，建立应变振型的控制方程；

(3)、采用有限元软件建立构件的有限元模型，对构件进行数值模态分析；

(4)、获取构件的各阶应变振型和固有频率；

(5)、在步骤(1)和(4)的基础上，确定振动时效的激振频率f₀；

(6)、以(f₀-f₀×20％)Hz为初始激振频率，对构件进行扫频振动，获取振动幅值最大时的频率作为振动时效的激振频率f₁。

步骤(2)中建立应变振型的控制方程过程为：以位移振型为基础，推导应变振型与位移振型的关系，建立应变振型的控制方程，为后续的数值模态分析奠定基础。一个典型的有限单元是由节点j，k，m和相应的连接直线来定义的，则该单元内任意一点的位移u_i可以表示为

u_i＝N_ia_i (1)

式中：N_i是基于节点位置事先给定的函数，称为形状函数矩阵，a_i表示第i个单元所有节点位移组成的节点位移向量。

当已知单元内任意位置的位移，则相应的可以确定出单元内任意位置的应变ε_i，其表达式为

ε_i＝S_iu_i (2)

式中：S_i为微分算子矩阵。若系统被划分为n个单元，则共有n个式(2)这样的方程，可以表示为

可以简写为