振動(dòng)時(shí)效性技術(shù)的理論研究.pdf

1、分析了殘余應(yīng)力的產(chǎn)生及常規(guī)消除殘余應(yīng)力方法的機(jī)理；研究了在循環(huán)應(yīng)力下材料的應(yīng)力-應(yīng)變特征；研究了材料在循環(huán)載荷下產(chǎn)生內(nèi)耗的過(guò)程，以及產(chǎn)生內(nèi)耗與晶體缺陷的關(guān)系；研究了循環(huán)載荷下得到的穩(wěn)定位錯(cuò)結(jié)構(gòu)特征。研究發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)時(shí)效是在循環(huán)載荷下，材料在形成穩(wěn)定的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)過(guò)程中，使構(gòu)件的殘余應(yīng)力得到了消除和均布；用位錯(cuò)理論對(duì)殘余應(yīng)力的消除和均布的機(jī)理進(jìn)行了闡述。 研究表明，振動(dòng)時(shí)效是在材料的彈性狀態(tài)下進(jìn)行的，在適當(dāng)頻率的振動(dòng)應(yīng)力作用下，材料會(huì)出

2、現(xiàn)內(nèi)耗。內(nèi)耗的產(chǎn)生是由于晶體內(nèi)部原子重新排列，位錯(cuò)彎結(jié)的形成、消失和運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)的振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)以及晶界滑移的結(jié)果。交變應(yīng)力作用下，金屬材料會(huì)形成穩(wěn)定的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的形成是亞晶粒和超亞晶粒形成的過(guò)程，晶粒內(nèi)沒(méi)有晶格畸變，亞晶界發(fā)生滑動(dòng)和“旋轉(zhuǎn)”，從而形成與其他亞晶粒位向差較大的晶粒，形成晶粒的過(guò)程會(huì)使亞晶粒之間的不協(xié)調(diào)變得協(xié)調(diào)，使晶粒內(nèi)的晶格恢復(fù)到平衡狀態(tài)。塞積在晶界、亞晶界的位錯(cuò)會(huì)由于激振循環(huán)應(yīng)力和晶格彈性力的作用而開(kāi)通，從而使周

3、圍晶粒產(chǎn)生滑移，形成一個(gè)微觀屈服小區(qū)，從而使周圍晶粒晶格扭曲減少，殘余應(yīng)力得到釋放。振動(dòng)時(shí)效使材料發(fā)生了微塑性變形，微塑性變形只在材料的部分晶粒內(nèi)發(fā)生。在殘余應(yīng)力存在的區(qū)域，其應(yīng)力幅值較大，因而參與塑性變形的晶粒多，且塑性變形量也較大。另外，既使在不存在殘余應(yīng)力的區(qū)域，循環(huán)應(yīng)力也使部分晶粒發(fā)生了塑性變形，這種部分晶粒發(fā)生的塑性變形和不同應(yīng)力下塑性變形的程度不同，使大范圍內(nèi)的彈性應(yīng)力得到分割和降低。 通過(guò)對(duì)靜載下以及循環(huán)載荷下材料

4、的塑性變形特征的分析，得出了兩者都具有塑性變形的局部性的結(jié)論。并認(rèn)為振動(dòng)時(shí)效過(guò)程是對(duì)工件施加的應(yīng)力比R=-1的循環(huán)應(yīng)力的過(guò)程。循環(huán)應(yīng)力下，材料的塑性變形特征，反映了材料的疲勞特性，所以，用疲勞理論對(duì)振動(dòng)時(shí)效進(jìn)行分析是可行的。振動(dòng)時(shí)效是一個(gè)高周疲勞過(guò)程，并依據(jù)疲勞裂紋萌生的微細(xì)觀理論，振動(dòng)時(shí)效動(dòng)應(yīng)力的選擇應(yīng)是：消除工件表面的殘余應(yīng)力，激振力產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力σd≤σ-1；消除工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，激振力產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力σd≤σ0。01。 研究

5、了循環(huán)載荷下金屬材料塑性變形的傳播以及影響塑性傳播的因素，同時(shí)分析了頻率對(duì)循環(huán)載荷下材料的內(nèi)耗的影響。研究了殘余應(yīng)力對(duì)平板矩形焊接件的固有頻率的影響。研究表明，激振頻率影響了金屬材料的塑性傳播速度，塑性變形傳播速度降低會(huì)引起塑性區(qū)尺寸減小，使塑性變形集中程度增加。頻率的選擇要考慮構(gòu)件殘余應(yīng)力的分布、構(gòu)件的固有頻率以及時(shí)效后殘余應(yīng)力峰值的消除程度及殘余應(yīng)力的分布。殘余應(yīng)力的分布不復(fù)雜，且較集中，那么在動(dòng)應(yīng)力選擇后，激振頻率的應(yīng)選用構(gòu)件低價(jià)

6、固有頻率。若構(gòu)件比較復(fù)雜，殘余應(yīng)力的分布曲線也較復(fù)雜，應(yīng)力集中較小，則應(yīng)選擇高價(jià)的構(gòu)件固有頻率，高價(jià)模態(tài)下可使更多的分布均勻的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力，但塑性變形過(guò)于集中，要嚴(yán)格控制激振時(shí)間。如果想消除較多的殘余應(yīng)力而又要使殘余應(yīng)力分布較均勻，以及殘余應(yīng)力在三維方向上都存在，那么先選用較大的動(dòng)應(yīng)力，低頻率，然后再選用較低的動(dòng)應(yīng)力和高頻率，在理論上激振會(huì)得到較滿意的效果。 建立了單自由度的振動(dòng)時(shí)效振動(dòng)方程，運(yùn)用阻尼理論，對(duì)振動(dòng)時(shí)效的現(xiàn)場(chǎng)判據(jù)