专用机床铸件振动时效工艺参数确定方法的研究

论文摘要

振动时效技术的优越性正在被广泛接受。随着振动时效机理研究的深入以及CAE技术的飞速发展，将铸造凝固过程三维有限元数值模拟技术和有限元动力学分析技术应用于振动时效工艺参数的确定，必将推动该技术的进一步推广应用。本文对国内外振动时效技术的研究与应用现状进行了综述。然后从宏观、微观两个方面的残余应力机理分析出发，阐明了消除残余应力的本质，并在此基础上，对振动时效机理进行了深入地分析。宏观上运用金属材料在等幅交变载荷下应力-应变机制分析了软化材料和硬化材料的振动时效机理，得出了振动时效激励力的宏观条件；微观上引用金属位错理论，分析了位错在外力场作用下的增值、塞积以及塞积开通过程，揭示了振动时效降低和均化构件残余应力的本质，并得出了与宏观分析一致的振动时效微观动应力条件，从而全面的阐述了振动时效机理。接着，论文阐述了振动时效多种效果的机理，并对比分析了目前常用的判据方法的优缺点，着重对参数曲线评定法进行了分析。在振动过程中阻尼分析的基础上，说明了振动过程中共振峰、共振频率和频带宽的变化趋势，为振动时效的参数曲线判定法奠定了理论基础。建立了瞬态温度场、热应力场弹塑性三维有限元模型，以及温度场中的初始条件、边界条件和潜热处理的数学模型。另外，利用基于ANSYS软件的非线性铸造凝固过程温度场热、应力场分析程序，对机床铸件进行进行模拟分析，得出了其残余应力分布。最后，利用ANSYS软件的动力学分析功能，对工件进行模态分析和谐响应分析，借用残余应力分析结果，尝试以一种新的方法确定了振动时效参数。本课题的研究对推动振动时效技术的发展以及更好的为生产和实践服务具有指导和借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外振动时效技术的研究与应用现状
• 1.2.1 振动时效技术的发展与研究现状
• 1.2.2 振动时效技术的应用现状
• 1.3.振动时效工艺课题研究的意义
• 1.3.1 工件残余应力时效的工艺现状
• 1.3.2 振动时效工艺的相对优越性
• 1.3.3 振动时效技术有待解决的问题
• 1.4 铸造温度场、应力场数值模拟技术的发展与工程应用
• 1.5 问题的提出
• 1.6 本课题的研究内容
• 第二章 振动时效基本理论
• 2.1 振动时效机理分析
• 2.1.1 残余应力分析
• 2.1.2 振动时效的宏观机理
• 2.1.3 振动时效的微观机理
• 2.1.4 振动时效效果
• 2.2 振动时效效果的判定
• 2.2.1 残余应力测量法
• 2.2.2 精度稳定性检测法
• 2.2.3 参数曲线评定法
• 2.3 振动时效工艺参数
• 2.3.1 激振力的大小
• 2.3.2 激振频率
• 2.3.3 振动时间
• 2.3.4 其他振动时效工艺参数
• 第三章 铸件残余应力数值模拟基本理论
• 3.1.数值模拟的基本方法
• 3.2 铸件凝固过程三维温度场数值模拟有限元法
• 3.2.1 凝固过程三维温度场数学模型
• 3.2.2 凝固过程三维温度场导热偏微分方程的求解条件
• 3.2.3 铸造凝固过程时间域和空间域的有限元离散方法
• 3.2.4 潜热的处理
• 3.3 铸造凝固过程三维应立场有限元分析
• 3.3.1 弹塑性增量理论的基本准则
• 3.3.2 弹塑性本构方程
• 3.3.3 增量形式的有限元基本方程
• 第四章 机床铸件残余应力数值模拟
• 4.1 三维瞬态温度场、应力场ANSYS分析流程
• 4.2 ANSYS的非线性问题的求解方案
• 4.3 铸造凝固过程三维温度场ANSYS数值模拟
• 4.4 铸件凝固过程三维应力场ANSYS数值模拟
• 第五章 基于理论模态分析的振动时效参数确定
• 5.1 工件的模态分析
• 5.2 谐响应分析
• 5.3 振动时效参数
• 第六章 结束语
• 6.1 主要工作总结
• 6.2 课题研究还存在的问题
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:应力框铸造凝固过程数值摸拟结果与其实验结果的对照