一种无约束振动处理下疲劳损伤修复振动参数的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种无约束振动处理下疲劳损伤修复振动参数的确定方法，步骤(1)：根据试件的受力情况τ和试件材料常数(d、G、υ、b)，确定晶粒内位错塞积中的位错数目n；步骤(2)当n足够大时，求得每个位错距位错源距离的近似解x

A method to determine the vibration parameters of fatigue damage repair under unconstrained vibration treatment

【技术实现步骤摘要】
一种无约束振动处理下疲劳损伤修复振动参数的确定方法
本专利技术属于机械制造与疲劳损伤修复领域，涉及一种无约束振动处理下疲劳损伤修复振动参数的确定方法。
技术介绍
据统计，机械断裂事故中80％是由金属疲劳引起的，往往造成严重的经济损失与人员伤亡。因此，修复材料的疲劳损伤具有重要的意义。无约束振动修复处理是一种新兴的愈合材料疲劳损伤的方法，通过无约束振动处理，修复材料疲劳损伤，改善材料微观组织结构，提高疲劳寿命。同时，振动参数对修复效果有很大影响，振动参数的选择决定修复效果的好坏，提出一种确定无约束振动修复处理时振动参数尤为重要。
技术实现思路
无约束振动处理修复材料疲劳损伤作为一种新兴技术，研究较少。其中，振动频率、振动加速度等振动参数的选择对修复效果起到至关重要的作用。不同振动参数会产生不同的力，选择的振动参数产生的力过小，修复不起效果；选择的振动参数产生的力过大，有可能加速材料的失效。本专利技术的主要目的是提出一种无约束振动处理下疲劳损伤修复振动参数的确定方法，确定任意形状任意尺寸的损伤材料在无约束振动处理时选择的参数。为解决上述技术问题，一种无约束振动处理下疲劳损伤修复振动参数的确定方法，其特征在于根据确定材料内部位错的受力，从而确定振动参数，其步骤为：步骤1)：根据试件的受力情况τ和试件材料常数(d、G、υ、b)，确定晶粒内位错塞积中的位错数目n；试件材料常数(d、G、υ、b)中，τ是试件受到的外力，d是材料晶粒尺寸，G是剪切模量，b是原子间距，n是位错数目，计算公式如下：步骤2)：当n的值确定后，求得每个位错距位错源距离的近似解xi，其中，xi是第i个位错距位错源距离，计算公式如下:步骤3)：根据步骤2)求出塞积中的位错受到的背应力τBack和镜像应力τImage；其中，τImage是镜像应力，τBack是背应力，计算公式如下:步骤4)：对试件进行有限元模态分析，得到试件在不同阶数对应的固有频率及振型，确定修复所需要的频率范围；步骤5)：对试件进行有限元谐响应分析，得到不同振动参数下无约束振动处理产生的弹性力τE；其中，τE是无约束振动处理过程中产生的弹性力；步骤6)：当弹性力与背应力及镜像力叠加超过派纳力τP-N时，位错开动，根据步骤5)中求得的弹性力即可选择合适的振动参数。其中，a是滑移面间距，τP-N是派纳力，计算公式为：经过2-3个小时的处理，位错塞积消失，试件疲劳损伤得以愈合，疲劳寿命恢复。本专利技术的优点在于精确确定无约束时对损伤试件施加的振动参数。合适振动参数下试件的振动会产生合适弹性应力，当弹性力与背应力及镜像应力之和超过材料位错运动阻力时，位错开动，位错塞积消失，从而消除材料疲劳损伤，改善材料微观结构，最终实现提高材料的疲劳寿命的效果。附图说明图1为本专利技术中的试件形状图。图2为本专利技术中振动参数对应的作用在试件上力示意图。图3为本专利技术中的试件处理后的疲劳寿命图。具体实施方式下面结合附图，通过举例进一步阐明本专利技术的具体操作流程。步骤1)：选择图1所示的铜薄膜试件，施加9N的外加载荷，在微疲劳试验机上进行疲劳试验，得到损伤程度为0.5倍原始寿命的损伤试件。根据试件的受力情况和铜的材料常数，确定材料内部位错塞积中的位错数目。对承受9N外加载荷的铜薄膜试件，材料内部晶粒中塞积的位错数目为37；步骤2)：当n足够大时，求得位错间距离的近似解xi，计算公式如下；步骤3)：根据步骤2)求得的位错间距离计算出塞积中的位错受到的背应力和镜像应力；步骤4)：利用有限元分析软件ANSYS对铜薄膜试件进行模态分析，得到试件在不同阶数对应的固有频率及振型，确定修复所需要的频率范围。模拟结果发现，试件在第七阶的振型为弯曲变形，能够起到修复作用，对应的频率范围为0-340Hz。步骤5)：利用有限元分析软件ANSYS对铜薄膜试件进行谐响应分析，求出任意振动参数下对应的作用在试件上的力，如图2所示。步骤6)：根据步骤3)与步骤5)，对承受9N外加载荷的试件，60Hz、3g的振动参数产生的弹性力与背应力及镜像力叠加能够超过派纳力，使位错塞积消失，试件疲劳损伤得以愈合，疲劳寿命恢复。试件处理前后疲劳寿命与原始寿命比值如图3所示。因此，提出的计算方法可以较好的确定无约束振动处理时的修复参数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无约束振动处理下疲劳损伤修复振动参数的确定方法，其特征在于：步骤(1)：根据试件的受力情况τ和试件材料常数(d、G、υ、b)，确定晶粒内位错塞积中的位错数目n；步骤(2)当n足够大时，求得每个位错距位错源距离的近似解x

【技术特征摘要】
1.一种无约束振动处理下疲劳损伤修复振动参数的确定方法，其特征在于：步骤(1)：根据试件的受力情况τ和试件材料常数(d、G、υ、b)，确定晶粒内位错塞积中的位错数目n；步骤(2)当n足够大时，求得每个位错距位错源距离的近似解xi；步骤(3)根据步骤(2)求得的位错间距离求出塞积中的位错受到的背应力τBack和镜像应力τImage；步骤(4)对试件进行模态分析，得到试件在不同阶数对应的固有频率及振型，确定修复所需要的频率范围；步骤(5)对试件进行谐响应分析，得到不同振动参数下无约束振动处理产生的弹性力τE；步骤(6)当弹性力与背应力及镜像力叠加超过派纳力τP-N时，位错开动，根据步骤(5)中求得的弹性力即可选择合适的振动参数。


2.根据权利要求1所述的一种无约束振动处理下疲劳损伤修复振动参数的确定方法，其特征在于：步骤1)中，根据试件的受力情况τ和试件材料常数(d、G、υ、b)，确定材料晶粒内位错塞积中的位错数目n；
其中，τ是试件受到的外力，d是材料晶粒尺寸，G是剪切模量，b是原子间距，n是位错数目，计算公式如下：





3.根据权利要求1所述的一种无约束振动处理下疲劳损伤修复振动参数的确定方法，其特征在于：步骤2)中，当n足够大时，求得每个位错距位错源距离的近似解xi，
其中，xi是第i个位错距位错源的距离，计算公式如下：






4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚德广，张海萌，刘小冬，张宇，郭一二，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11