一种激光喷丸强化效果监测方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种激光喷丸强化效果监测方法及装置，其方法通过对基于第一激光喷丸策略获得的新共振条件与初始共振条件进行差别比较，从而得出满足要求的第一激光喷丸策略，通过改变零件的共振振动频率和振幅等共振条件来提高零件的疲劳寿命。同时，通过振动响应技术得到激光喷丸处理后的待处理的零件的真实测量值，并基于真实测量值与振动模态特性进行对比分析，得到更加精确的第二激光喷丸策略，并得到基于第二激光喷丸策略相应的真实测量值，从而通过迭代处理确定出最佳的激光喷丸策略，解决了在零件结构复杂性较高的情况下，难以对激光喷丸的强化效果进行监测的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种激光喷丸强化效果监测方法及装置
本申请涉及激光冲击检测
，尤其涉及一种激光喷丸强化效果监测方法及装置。
技术介绍
随着国家工业制造不断进步，类似于燃气轮机、涡轮发动机的大型机械装备广泛应用于国家水运、交通、电力、航空以及航天领域。其中，鉴于这类大型机械装备的工作环境载荷以及高速运行的条件，系统类部件常因振动、疲劳裂纹等造成零件失效，例如：旋转机械由于共振效果可能产生造成机械破坏。为了解决上述问题，通常使用激光喷丸来提高零件疲劳强度和寿命。而激光喷丸是一种新型的材料表面处理技术，是利用强激光束产生的等离子冲击波，在金属表面层形成高幅值的残余压应力并引起微观组织变化，通过引入残余应力场抑制裂纹萌生和扩展来提高零件疲劳强度和寿命。尽管通过激光喷丸可以对零件进行表面处理，但由于某些零件结构的复杂性，难以对激光喷丸的强化效果进行监测，从而导致激光喷丸的加工策略无法达到最优策略，影响提高零件疲劳强度和寿命的效果。因此，目前亟需一种能够可靠评估激光喷丸强化效果的方法。
技术实现思路
本申请提供了一种激光喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光喷丸强化效果监测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、根据待处理的零件及其工作条件进行有限元软件仿真，以建立所述待处理的零件的动力学模型，对所述动力学模型进行振动模态分析，从而通过仿真计算得到所述待处理的零件的振动模态特性；/nS2、根据所述待处理的零件的材料特性和几何特性利用有限元软件建立所述待处理的零件的有限元几何模型，根据所述待处理的零件的工作载荷条件，获得所述待处理的零件的危险工作区域和初始共振条件，所述初始共振条件包括共振固有频率和共振节点线；/nS3、在有限元软件中，对所述有限元几何模型进行激光喷丸的物理过程及动力学仿真，从而获得所述激光喷丸的仿真加工参数和输出参量...

【技术特征摘要】
1.一种激光喷丸强化效果监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据待处理的零件及其工作条件进行有限元软件仿真，以建立所述待处理的零件的动力学模型，对所述动力学模型进行振动模态分析，从而通过仿真计算得到所述待处理的零件的振动模态特性；
S2、根据所述待处理的零件的材料特性和几何特性利用有限元软件建立所述待处理的零件的有限元几何模型，根据所述待处理的零件的工作载荷条件，获得所述待处理的零件的危险工作区域和初始共振条件，所述初始共振条件包括共振固有频率和共振节点线；
S3、在有限元软件中，对所述有限元几何模型进行激光喷丸的物理过程及动力学仿真，从而获得所述激光喷丸的仿真加工参数和输出参量；
S4、通过步骤S3对所述仿真加工参数和所述输出参量迭代计算，并拟合得到仿真加工参数和所述输出参量的函数关系；
S5、根据所述危险工作区域及其初始共振条件以及基于拟合得到的所述仿真加工参数和所述输出参量的函数关系，确定第一激光喷丸策略，以使得根据所述第一激光喷丸策略在所述危险工作区域施加激光喷丸载荷，从而改变所述危险工作区域的共振条件，以避免所述危险工作区域发生共振引发的失效；所述第一激光喷丸策略包括激光喷丸区域和激光喷丸的加工参数；
S6、在有限元软件中，对所述第一激光喷丸策略进行仿真计算，从而得到所述危险工作区域的新共振条件，将所述新共振条件和所述初始共振条件进行差别比较，根据差别比较结果判断所述第一激光喷丸策略是否符合第一预设设计要求，若上述判断为符合，则执行步骤S7，若上述判断为不符合，则转至步骤S5，从而重新确定所述第一激光喷丸策略，以此迭代处理，直至所述第一激光喷丸策略符合所述第一预设设计要求；
S7、根据所述第一激光喷丸策略控制激光喷丸设备对所述待处理的零件进行激光喷丸处理；
S8、基于振动响应技术对经激光喷丸处理后的所述待处理的零件进行测量，得到相应的真实测量值，所述真实测量值包括固有频率、各阶共振频率以及所述危险工作区域的共振节点线变化量；
S9、将所述真实测量值与所述振动模态特性进行对比分析，根据数据分析结果进行数据插值处理，以获得第二激光喷丸策略；
S10、根据步骤S7～S8从而将根据所述第二激光喷丸策略对所述待处理的零件进行激光喷丸处理，从而得到相应的真实测量值，将所述真实测量值与所述初始共振条件进行差别比较，根据差别比较结果判断所述第二激光喷丸策略是否符合第二预设设计要求，若上述判断为符合，则输出相应的激光喷丸策略作为最佳激光喷丸策略，若上述判断为不符合，则转至步骤S9，以此进行迭代处理，直至所述第二激光喷丸策略符合所述第二预设设计要求。


2.根据权利要求1所述的激光喷丸强化效果监测方法，其特征在于，所述激光喷丸的加工参数包括激光能量、光斑形状、光斑尺寸、光斑搭接率、涂水层厚度、激光喷丸扫描路径、激光喷丸次数、激光器发射激光时序系列。


3.根据权利要求2所述的激光喷丸强化效果监测方法，其特征在于，步骤S4中的仿真加工参数和所述输出参量的函数关系包括：仿真加工参数与残余压应力层的函数关系、仿真加工参数与残余压应力分布的函数关系、以及仿真加工参数与固有共振频率的函数关系。


4.根据权利要求2所述的激光喷丸强化效果监测方法，其特征在于，步骤S7具体包括：
S701、将所述待处理的零件夹持于夹持机器人的工具夹持末端，基于所述第一激光喷丸策略编写所述夹持机器人的运动路径程序；
S702、根据所述第一激光喷丸策略确定所述激光喷丸设备输出的激光喷丸的加工参数；
S703、根据所述激光喷丸的加工参数控制所述激光喷丸设备对所述待处理的零件进行激光喷丸处理。


5.根据权利要求4所述的激光喷丸强化效果监测方法，其特征在于，在步骤S703之前包括：根据所述第一激光喷丸策略编写涂水机器人的涂水轨迹程序，以实现所述涂水机器人与所述夹持机器人协同联动，所述涂水机器人用于对所述待处理的零件进行喷水。


6.一种实现如权利要求1所述的激光喷丸强化效果监测方法的监测装置，其特征在于，包括第一计算机有限元仿真系统、第二计算机有限元仿真系统、计算机控制及专家系统、激光喷丸设备、固有频率确定测量设备；
所述第一计算机有限元仿真系统用于根据待处理的零件及其工作条件进行有限元软件仿真，以建立所述待处理的零件的动力学模型，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李毓洲，张永康，郭小军，单晓明，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44