高频激振时效装置的研究

论文摘要

激振时效是一种新兴的时效方式,与传统的自然时效和热时效相比具有处理周期短、能源消耗少、操作简单等优势,特别适合于对大型构件进行时效处理。但是由于目前对于激振时效机理及装置的研究并不成熟,所以尚未得到大规模的推广和应用。因此,针对激振时效技术的研究和开发具有很高的实用价值和应用前景。本文在了解残余应力产生原因及消除途径的基础上对激振时效的机理进行了分析和研究；对超声波磁致伸缩换能器的工作原理和设计方法进行了研究；成功的研制出了能够有效消除残余应力的高频激振时效装置。装置由振子、变幅杆和激振源三个部分组成：在对磁致伸缩材料的磁致伸缩性能进行研究的基础上,运用解析法推导出变压器形换能器的机电状态方程和机械等效图,并研制出了能够产生超声振动的振子；对不同形状的变幅杆的特点进行分析和研究,选用圆锥形平滑过渡的阶梯形变幅杆对振子的振速进行放大,采用解析法推导出其机械振动方程,在此基础上计算出变幅杆的结构尺寸,并运用ANSYS软件对变幅杆进行模态和谐振分析,验证了设计的合理性；设计出了能够给振子提供交变流电的激振源,它由整流电路、功率放大电路、匹配电路等组成,通过调试和优化使整个系统的输出功率达到最大。运用所研制的激振时效装置对焊接钢板进行消除应力的实验,使用盲孔法来测试应力的大小。对激振时效前后的残余应力进行对比分析,结果表明所研制的装置可有效地消除和均化残余应力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外的研究现状
• 1.2.2 国内的研究现状
• 1.2.3 目前的研究存在的问题
• 1.3 论文主要的研究内容
• 第2章 激振时效装置的总体方案设计
• 2.1 概述
• 2.2 焊接残余应力的产生及消除
• 2.3 激振时效机理分析
• 2.3.1 宏观机理
• 2.3.2 基于细观力学分析激振时效微观机理
• 2.3.3 激振时效微观机理
• 2.4 激振时效装置的总体方案设计
• 2.4.1 换能器的分类
• 2.4.2 总体方案的设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 磁致伸缩换能器振子的设计与研究
• 3.1 磁致伸缩材料的应用机理
• 3.2 振子的结构及特性分析
• 3.2.1 磁致伸缩方程
• 3.2.2 振子的机电状态方程及机械等效图
• 3.3 振子参数的设计
• 3.3.1 振子纵向尺寸的计算
• 3.3.2 振子所需电压和电流的计算
• 3.3.3 振子衡截面积的计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 磁致伸缩换能器变幅杆的设计与研究
• 4.1 变幅杆的种类及选型
• 4.2 变幅杆的设计与计算
• 4.2.1 变幅杆的设计步骤
• 4.2.2 变幅杆的波动方程
• 4.2.3 变幅杆的设计
• 4.3 基于ANSYS的变幅杆的分析
• 4.3.1 ANSYS简介
• 4.3.2 基于ANSYS的模态仿真
• 4.3.3 基于ANSYS的谐振仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 激振源的设计及实验
• 5.1 激振源的设计
• 5.1.1 激振源的设计方案
• 5.1.2 匹配电路的设计
• 5.1.3 功率放大电路
• 5.2 实验研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢