一种用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及振动时效技术领域，特指一种用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效系统及方法。系统由上位机系统、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪构成；上位机系统控制信号发生器输出高频激振信号，经由功率驱动器放大后输入电磁式激振器，进而驱动电磁式激振器产生高频振动；小尺寸构件安装在工作台的上表面；应变片粘贴在小尺寸构件峰值残余应力处；在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下对小尺寸构件进行高频振动时效处理。本发明专利技术具有能够提高作用在小尺寸构件上的振动能量从而改善高频振动时效效果的优点。

A high frequency vibration aging system and method for eliminating residual stress of small size components

【技术实现步骤摘要】
一种用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效系统及方法
本专利技术涉及振动时效
，特指一种用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效系统及方法。
技术介绍
振动时效技术具有处理效果好、快捷方便、能耗少、处理时间短、环境污染小等一系列优点，目前已经被广泛使用在机械加工制造的各个过程中，且已经成为备受瞩目的节能环保型残余应力消除技术。传统低频振动时效技术采用可调速电机作为激振设备，导致其激振频率通常小于200Hz，表明传统低频振动时效技术的可选振型非常有限；同时传统低频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，导致了传统低频振动时效技术在消除构件局部残余应力或大型复杂构件残余应力时效果有限。高频振动时效技术采用电磁式激振器作为激振设备，其激振频率可以达到10kHz，扩展了振动时效技术的应用范围，但是电磁式激振器输出的振动能量有限，导致直接采用电磁式激振器对构件进行激振处理时残余应力消除效果有限。为了解决现有高频振动时效装置消除残余应力效果有限的问题，本专利技术提出一种用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效系统及方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效系统，包括上位机系统、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪；上位机系统控制信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；高频振动能量放大装置固定于电磁式激振器运动部件的激振台面上，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；圆台形式的连杆的最大截面面积小于工作台的截面面积，且圆台形式的连杆的最大截面面积小于支撑台的截面面积；圆台形式的连杆的长度大于工作台的厚度，且圆台...

【技术特征摘要】
1.用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效系统，包括上位机系统、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪；上位机系统控制信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；高频振动能量放大装置固定于电磁式激振器运动部件的激振台面上，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；圆台形式的连杆的最大截面面积小于工作台的截面面积，且圆台形式的连杆的最大截面面积小于支撑台的截面面积；圆台形式的连杆的长度大于工作台的厚度，且圆台形式的连杆的长度大于支撑台的厚度；圆台形式的连杆的小端与工作台连接，且圆台形式的连杆的大端与支撑台连接；小尺寸构件安装在工作台的上表面，工作台与小尺寸构件之间设置有垫块，并且垫块设置在小尺寸构件的振动节线处；应变片粘贴在小尺寸构件上，应变片的输出端与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端与上位机系统连接；小尺寸构件的尺寸小于工作台的直径，以保证小尺寸构件全部位于工作台的上表面；工作台和支撑台均为圆柱体；上位机系统包括残余应力分布状态存储模块、有限元软件、模态参数存储模块、应变振型分布状态存储模块、位移振型节线存储模块、高频振动能量放大装置的参数存储模块、应变波形获取模块、峰值应变提取模块以及动应力转换模块，其特征在于方法按照如下步骤进行：
(1)、采用X射线衍射法获取小尺寸构件的表层残余应力分布状态，确定峰值残余应力在小尺寸构件上的具体位置以及第一主应力和第二主应力的方向，并将残余应力测试结果存储到残余应力分布状态存储模块中；
(2)、启动上位机系统中的有限元软件建立小尺寸构件的有限元模型，对小尺寸构件进行数值模态分析，得到小尺寸构件的各阶弯曲振动的固有频率以及与各阶弯曲振动的固有频率相对应的各阶弯曲振动的位移振型与应变振型，并将各阶弯曲振动的固有频率、位移振型以及应变振型存储到模态参数存储模块中；
(3)、根据模态参数存储模块中存储的各阶弯曲振动的应变振型，确定各阶弯曲振动的应变振型的峰值应变的具体位置，并将峰值应变的具体位置结果存储到应变振型分布状态存储模块中，当应变振型峰值应变所在的位置与小尺寸构件峰值残余应力所在的位置一致时，记录下该应变振型所对应的固有频率，并记为高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f；
(4)、以高频振动能量放大装置的轴向共振频率为优化目标，其结构尺寸参数为设计变量，并采用正交实验法制定高频振动能量放大装置的优化方案，然后采用有限元软件建立各个优化方案对应的有限元模型，并对各个优化方案进行数值模态分析，得到各个优化方案的轴向共振频率，并将轴向共振频率与高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f相一致的方案作为高频振动能量放大装置的最优方案，且将最优方案的尺寸参数存储到高频振动能量放大装置的参数存储模块中；
(5)、对模态参数存储模块中存储的与高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f所对应的位移振...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾邦平，王萍，吴浩然，胡雄，庄佳奕，王思淇，霍志鹏，王中山，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31