一種動應(yīng)力自適應(yīng)的振動時效系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及振動時效技術(shù)領(lǐng)域，特指一種動應(yīng)力自適應(yīng)的振動時效系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 振動時效技術(shù)是機械工程領(lǐng)域中廣泛使用的殘余應(yīng)力消除方法，即對工件施加機 械振動載荷，當工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力和附加的動應(yīng)力之和超過材料的屈服極限時，材料內(nèi) 部將會發(fā)生塑性變形，從而使得材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力得以釋放。
[0003]對工件進行振動時效處理時，其內(nèi)部的殘余應(yīng)力在不斷的發(fā)生松弛，即隨著振動 時效處理的進行工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力在不斷的減少;現(xiàn)有的振動時效工藝，對于作用在工 件上的附加動應(yīng)力是恒定不變的，即振動時效處理初始時刻作用在工件上的附加動應(yīng)力， 這樣必然導(dǎo)致工件內(nèi)部殘余應(yīng)力和附加動應(yīng)力之和不斷減少，當這兩者的和小于材料的屈 服極限時，材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力不再會發(fā)生松弛，因此，為了提高振動時效消除殘余應(yīng)力的 效果，就要在振動時效處理過程中動態(tài)的調(diào)整作用在工件上的附加動應(yīng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了能夠準確、實時的監(jiān)測作用在工件上的附加動應(yīng)力，以及對附加動應(yīng)力進行 自適應(yīng)的調(diào)整，本發(fā)明提出一種動應(yīng)力自適應(yīng)的振動時效系統(tǒng)及方法。
[0005] 動應(yīng)力自適應(yīng)的振動時效系統(tǒng)，包括處理器、信號發(fā)生器、驅(qū)動器、激振器、應(yīng)變 片、動態(tài)應(yīng)變儀、支撐裝置;激振器固定在工件表面，工件安裝在具有彈性的支撐裝置上;處 理器控制信號發(fā)生器輸出幅值和頻率均獨立且連續(xù)可調(diào)的正弦激振信號；信號發(fā)生器輸出 的正弦激振信號經(jīng)由驅(qū)動器輸入激振器，進而驅(qū)動激振器產(chǎn)生振動。
[0006] 處理器程控驅(qū)動器輸入激振器的輸入電壓，從而自適應(yīng)的調(diào)整激振器作用在工件 上的附加動應(yīng)力。
[0007]應(yīng)變片粘貼在工件上，應(yīng)變片的引出線與動態(tài)應(yīng)變儀的輸入通道相互連接，動態(tài) 應(yīng)變儀的輸出通道與處理器相互連接；
[0008]處理器包括獲取動態(tài)應(yīng)變儀采集到的應(yīng)變波形的應(yīng)變波形讀取模塊，從應(yīng)變波形 中獲取應(yīng)變峰值ε(M)的應(yīng)變識別模塊，工件彈性模量設(shè)置模塊，將獲取的應(yīng)變峰值轉(zhuǎn)換為 附加動應(yīng)力的動應(yīng)力轉(zhuǎn)換模塊，殘余應(yīng)力衰減量A〇r(MPa)與振動時間t(min)之間相互關(guān) 系設(shè)置模塊，驅(qū)動器輸入激振器的輸入電壓U(V)與附加動應(yīng)力〇d(MPa)之間相互關(guān)系設(shè)置 豐旲塊。
[0009]工件彈性模量設(shè)置模塊中預(yù)設(shè)有工件的彈性模量E(GPa);附加動應(yīng)力與應(yīng)變峰值 的轉(zhuǎn)換關(guān)系為
，其中〇d為附加動應(yīng)力，附加動應(yīng)力通過處理器的顯示界面顯 示給用戶。
[0010] 進一步，動態(tài)應(yīng)變儀為高精度多通道動態(tài)應(yīng)變儀。
[0011] 進一步，支撐裝置為彈性元件。
[0012] 用于自適應(yīng)調(diào)整動應(yīng)力的方法包括以下步驟：
[0013] (1)通過X射線衍射法獲取工件的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)，確定峰值殘余應(yīng)力在工件上 的具體位置，在工件的殘余應(yīng)力峰值處粘貼應(yīng)變片。
[0014] (2)將工件與激振器固定連接;通過支撐裝置對工件進行支撐，以便激振器對工件 進行激振;接通信號連線，接通電源。
[0015] (3)在工件彈性模量設(shè)置模塊中設(shè)置工件的彈性模量E(GPa);在殘余應(yīng)力衰減量 Aor(MPa)與振動時間t(min)之間相互關(guān)系設(shè)置模塊中預(yù)置之間相互關(guān)系的函數(shù)表 達式;在驅(qū)動器輸入激振器電壓U(V)與附加動應(yīng)力〇d(MPa)之間相互關(guān)系設(shè)置模塊中預(yù)置U 與〇d之間相互關(guān)系的函數(shù)表達式。
[0016] (4)應(yīng)變波形讀取模塊獲取動態(tài)應(yīng)變儀采集到的應(yīng)變波形;應(yīng)變識別模塊從應(yīng)變 波形中獲取應(yīng)變峰值ε(με);動應(yīng)力轉(zhuǎn)換模塊中輸出的附加動應(yīng)力與應(yīng)變峰值的轉(zhuǎn)換關(guān)系
[0017] (5)處理器控制信號發(fā)生器對工件進行掃頻振動，從而自動獲取振動時效的激振 頻率f，并在該激振頻率下對工件進行定頻振動時效處理。
[0018] (6)處理器每隔At(At=lmin)時間自動根據(jù)A〇r與t之間相互關(guān)系的函數(shù)表達 式，計算殘余應(yīng)力的衰減量AOr，即此時作用在工件上的附加動應(yīng)力應(yīng)調(diào)整為〇d+△ 〇r;同時 處理器將〇d+A〇r代入u與Od之間相互關(guān)系的函數(shù)表達式，計算出此時驅(qū)動器的輸出電壓 UAt;處理器自動程控驅(qū)動器輸入激振器的輸入電壓設(shè)置為UM(UM〈Uiig，其中Ui?為激振器 工作電壓的上限），從而實現(xiàn)了對作用在工件上的附加動應(yīng)力進行自適應(yīng)的調(diào)整。
[0019] 所述信號連線包括處理器與信號發(fā)生器之間的信號連線;處理器與驅(qū)動器之間的 信號連線;處理器與動態(tài)應(yīng)變儀之間的信號連線;信號發(fā)生器與驅(qū)動器之間的信號連線;驅(qū) 動器與激振器之間的信號連線;應(yīng)變片與動態(tài)應(yīng)變儀之間的信號連線;所述電源包括處理 器、驅(qū)動器、信號發(fā)生器、動態(tài)應(yīng)變儀和激振器的電源。
[0020] 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是：由處理器、信號發(fā)生器、驅(qū)動器、激振器、應(yīng)變片以及動態(tài)應(yīng) 變儀構(gòu)成動應(yīng)力自適應(yīng)的振動時效系統(tǒng);工件與激振器相互固定連接;通過支撐裝置對工 件進行支撐，以便激振器對工件進行激振;處理器控制信號發(fā)生器輸出激振頻率f;驅(qū)動器 放大激振信號后驅(qū)動激振器，對工件進行定頻振動時效處理;處理器通過計算機接口讀取 動態(tài)應(yīng)變儀采集到的應(yīng)變波形并獲取應(yīng)變波形的峰值，然后計算出作用在工件上的附加動 應(yīng)力Od;處理器每隔Δt(Δt=lmin)時間自動根據(jù)Δ~與丨之間相互關(guān)系的函數(shù)表達式，計 算殘余應(yīng)力的衰減量Aor;同時處理器將od+ △or代入1]與〇<!之間相互關(guān)系的函數(shù)表達式，計 算出此時驅(qū)動器的輸出電壓Um;處理器自動程控驅(qū)動器輸入激振器的輸入電壓設(shè)置為UAt (lkt〈Uiig，其中Uiig為激振器工作電壓的上限），從而實現(xiàn)了對作用在工件上的附加動應(yīng)力 進行自適應(yīng)的調(diào)整。
[0021] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0022]1、能夠?qū)討B(tài)應(yīng)變儀輸出的應(yīng)變波形轉(zhuǎn)換為附加動應(yīng)力，實時、準確地獲知作用 在工件上的附加動應(yīng)力。
[0023] 2、處理器能夠?qū)崟r計算出振動時效過程中工件內(nèi)部殘余應(yīng)力的衰減量，根據(jù)工件 內(nèi)部殘余應(yīng)力的衰減量，自動調(diào)整驅(qū)動器輸入激振器的輸入電壓，從而在振動時效過程中 自適應(yīng)的調(diào)整作用在工件上的附加動應(yīng)力，確保了振動時效消除殘余應(yīng)力的效果。
[0024] 3、處理器能夠自動的確定作用在工件上的附加動應(yīng)力、振動時效過程中工件內(nèi)部 殘余應(yīng)力的衰減量以及驅(qū)動器輸入激振器的輸入電壓，無需手動操作，減少了工作量，提高 了工作的效率。
【附圖說明】
[0025]圖1動應(yīng)力自適應(yīng)的振動時效系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]參照附圖，進一步說明本發(fā)明：
[0027]動應(yīng)力自適應(yīng)的振動時效系統(tǒng)，包括處理器、信號發(fā)生器、驅(qū)動器、激振器1、應(yīng)變 片2、動態(tài)應(yīng)變儀、支撐裝置4;激振器1固定在工件3表面，工件3安裝在具有彈性的支撐裝置 4上;處理器控制信號發(fā)生器輸出幅值和頻率均獨立且連續(xù)可調(diào)的正弦激振信號；信號發(fā)生 器輸出的正弦激振信號經(jīng)由驅(qū)動器輸入激振器1，進而驅(qū)動激振器1產(chǎn)生振動。
[0028]處理器程控驅(qū)動器輸入激振器1的輸入電壓，從而自適應(yīng)的調(diào)整激振器1作用在工 件3上的附加動應(yīng)力。
[0029]應(yīng)變片2粘貼在工件3上，應(yīng)變片2的引出線與動態(tài)應(yīng)變儀的輸入通道相互連接，動 態(tài)應(yīng)變儀的輸出通道與處理器相互連接；
[0030]處理器包括獲取動態(tài)應(yīng)變儀采集到的應(yīng)變波形的應(yīng)變波形讀取模塊，從應(yīng)變波形 中獲取應(yīng)變峰值ε(με)的應(yīng)變識別模塊，工件3彈性模量設(shè)置模塊，將獲取的應(yīng)變峰值轉(zhuǎn)換 為附加動應(yīng)力的動應(yīng)力轉(zhuǎn)換模塊，殘余應(yīng)力衰減量A〇r(MPa)與振動時