振动时效关键技术与设备研究

论文摘要

振动时效技术起源于50年代的美国,在70年代末期引进了我国,它是一种行之有效的消除和均化工件内部残余应力的技术手段,较之传统的自然时效和热时效,振动时效具有极其显著的经济效益和社会效益。振动时效技术的根本目的是对工件中残余应力的消除和匀化,因此本论文从残余应力的概念界定和产生机理入手,从宏观和微观两个角度分别介绍了振动时效技术的机理。宏观上,利用振动时效力学机理的静态模拟介绍了工件中残余应力的消除和匀化过程；微观上,运用细观力学的方法得出了使内部残余应力得到宏观释放的激振动应力条件以及适当的振动应力可以使工件的疲劳寿命提高的结论。振动时效技术的关键是工艺参数选择和效果评定。本论文对最佳工艺参数的选择做了详细的论述,对参数曲线评定法、残余应力测量法和精度稳定性检测法进行了探讨,并确定选用参数曲线效果评定方法,为振动时效设备的设计给出了理论基础。设计了采用微机控制,采用直流调速器对直流激振器电机进行调速的振动时效设备。使用数据采集卡采集工件受振时的振动信号,并对信号进行分析处理。为保证动应力在要求的范围内,设计了利用动态电阻应变仪对动应力进行监测的系统。最后针对本课题的不足和未完成的工作,提出了以后在此方面研究工作中的几点想法和建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.1.1 课题的背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 振动时效技术的发展历史
• 1.3 振动时效技术的应用现状
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 振动时效的机理分析
• 2.1 材料中的残余应力
• 2.1.1 残余应力的概念
• 2.1.2 残余应力的产生
• 2.1.3 残余应力在几种典型工况下的产生
• 2.1.3.1 铸造应力的产生
• 2.1.3.2 焊接应力的产生
• 2.1.3.3 淬火产生的残余应力
• 2.1.4 残余应力的分类
• 2.2 振动时效的宏观机理
• 2.3 振动时效的微观机理
• 2.3.1 晶体位错与残余应力的关系
• 2.3.2 振动激励对晶体位错移动的影响
• 2.3.2.1 位错塞积和塞积群应力场分析
• 2.3.2.2 塞积开通过程及激振力条件的细观分析
• 2.3.2.3 基于塑性细观力学的振动时效机理分析
• 2.3.2.4 振动时效对工件疲劳寿命的影响
• 第3章 振动时效工艺及其判据
• 3.1 振动时效工艺参数
• 3.1.1 激振力的大小
• 3.1.2 激振频率
• 3.1.3 激振时间
• 3.1.4 其他工艺参数
• 3.2 振动时效效果判定分析
• 3.2.1 残余应力测量法
• 3.2.2 尺寸精度稳定性检测法
• 3.2.3 参数曲线评定法
• 3.2.3.1 振动时效动态参数变化分析
• 3.2.3.2 振幅随时间变化分析
• 第4章 振动时效设备的硬件设计
• 4.1 振动时效设备的构成
• 4.2 系统设计的总体目标
• 4.3 硬件各部分介绍
• 4.3.1 激振器的选择
• 4.3.2 数据采集卡的选择
• 4.3.3 拾振传感器的选择
• 4.3.4 调速器的选择
• 4.3.5 卡具的设计
• 4.3.6 动应力传感器的设计
• 4.3.6.1 电阻应变计简介
• 4.3.6.2 动应力测试
• 第5章 软件设计
• 5.1 虚拟仪器及LabVIEW编程语言概述
• 5.2 系统软件总体设计
• 5.3 数据采集模块
• 5.3.1 初始化模块
• 5.3.2 数据读写模块
• 5.4 激振器控制及拾振信号处理程序设计
• 5.4.1 扫频控制
• 5.4.1.1 扫频流程
• 5.4.1.2 扫频信号的处理
• 5.4.2 定频控制
• 5.4.2.1 定频流程
• 5.4.2.2 定频信号的处理
• 5.4.3 结果显示
• 5.5 动应力测量程序设计
• 5.5.1 标度变换
• 5.5.2 文件操作
• 5.5.3 应变应力转化
• 5.5.4 动应力测量试验
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢