[发明专利]一种加工表面广义微观应力集中现象的建模及分析方法

说明书

本发明涉及一种加工表面广义微观应力集中现象的建模及分析方法；建模方法包括：S1获取待加工试件的基体材料组织的真实应力应变曲线；S2获取加工试件的加工表面微观形貌曲线；S3对加工试件的塑性变形层进行处理得到多个子塑性变形层；S4根据待加工试件的真实应力应变曲线和多个子塑性变形层获取每一子塑性变形层的应力应变曲线；S5利用加工试件的加工表面微观形貌曲线、基体材料组织的属性信息和每一子塑性变形层的应力应变曲线及其对应的厚度，构建用于对加工试件表面进行分析的二维分层有限元分析模型；本方法将表面微观几何形貌和表面塑性强化形成的应力集中进行综合，对研究加工表面完整性影响试件疲劳性能的机理更具有指导意义。

技术领域

本发明属于机械加工表面完整性领域，尤其涉及一种加工表面广义微观应力集中现象的建模及分析方法。

背景技术

在给定材料的情况下，机械加工表面完整性对试件的疲劳性能具有较大的影响。其中，机械加工表面微观形貌通过改变表面微观应力集中系数来影响试件的疲劳性能，这种现象称为表面几何微观应力集中现象。

几何微观应力集中现象是研究表面微观几何形貌对试件疲劳性能影响规律的理论基础，但是，此理论用于研究真实加工表面完整性对试件疲劳性能的影响规律时存在较大局限性，主要是因为车削、铣削、磨削，甚至表面强化加工过程中，表面材料经过高应变率的塑性变形，其表面材料的性能也发生了很大的变化，除表面粗糙度引起的表面微观应力集中外，表面剧烈的塑性变形强化(不考虑表面微裂纹的因素)也会形成表面微观应力集中现象，我们称之为强化应力集中现象。

强化应力集中现象也会对试件的疲劳性能产生很大影响，但是被研究人员长期忽视。强化应力集中现象产生的基本原理如图1所示，试件经过加工后，塑性变形区内的表面材料必然形成塑性强化，其表面材料的力学性能曲线也从图中的OacbB曲线改变为Oab′B′曲线，但是试件基体材料的力学性能曲线并没有改变。当试件整体受到外加疲劳载荷σ₀时，表面层材料和基体材料的应变相等，当应变量在(ε₁,ε₂)区间内时，表面层材料受到的实际载荷σ₁必然要大于材料基体受到的实际载荷σ₂。因此，具有典型塑性强化特性的材料，在一定外加载荷范围内就会在试件表层形成强化应力集中现象。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术采用几何微观应力集中现象进行研究时存在局限性，一方面，本发明提供一种加工表面广义微观应力集中现象的建模方法，另一方面，本发明提供了一种加工表面广义微观应力集中现象的分析方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明一种加工表面广义微观应力集中现象的建模方法，采用的主要技术方案包括：

S1、获取待加工试件的基体材料组织的真实应力应变曲线；

S2、获取加工试件的加工表面微观形貌曲线，所述加工试件为预先对待加工试件进行机械加工处理后的试件；

S3、采用机械加工表面塑性变形层分层标准对加工试件的表面塑性变形层进行处理，得到多个子塑性变形层；

S4、根据待加工试件的真实应力应变曲线和所述多个子塑性变形层，获取每一子塑性变形层的应力应变曲线；

S5、利用所述加工试件的加工表面微观形貌曲线、基体材料组织的属性信息和所述每一子塑性变形层的应力应变曲线及其对应的厚度，构建用于对试件加工表面进行分析的二维分层有限元分析模型。

可选地，在步骤S3之前，采用塑性变形层识别规则识别所述加工试件的表面塑性变形层，其中所述识别规则包括：