一种动应力自适应的振动时效系统及方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及振动时效技术领域，特指一种动应力自适应的振动时效系统及方法。
【背景技术】
[0002] 振动时效技术是机械工程领域中广泛使用的残余应力消除方法，即对工件施加机 械振动载荷，当工件内部的残余应力和附加的动应力之和超过材料的屈服极限时，材料内 部将会发生塑性变形，从而使得材料内部的残余应力得以释放。
[0003]对工件进行振动时效处理时，其内部的残余应力在不断的发生松弛，即随着振动 时效处理的进行工件内部的残余应力在不断的减少;现有的振动时效工艺，对于作用在工 件上的附加动应力是恒定不变的，即振动时效处理初始时刻作用在工件上的附加动应力， 这样必然导致工件内部残余应力和附加动应力之和不断减少，当这两者的和小于材料的屈 服极限时，材料内部的残余应力不再会发生松弛，因此，为了提高振动时效消除残余应力的 效果，就要在振动时效处理过程中动态的调整作用在工件上的附加动应力。
【发明内容】
[0004]为了能够准确、实时的监测作用在工件上的附加动应力，以及对附加动应力进行 自适应的调整，本发明提出一种动应力自适应的振动时效系统及方法。
[0005] 动应力自适应的振动时效系统，包括处理器、信号发生器、驱动器、激振器、应变 片、动态应变仪、支撑装置;激振器固定在工件表面，工件安装在具有弹性的支撑装置上;处 理器控制信号发生器输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激振信号；信号发生器输出 的正弦激振信号经由驱动器输入激振器，进而驱动激振器产生振动。
[0006] 处理器程控驱动器输入激振器的输入电压，从而自适应的调整激振器作用在工件 上的附加动应力。
[0007]应变片粘贴在工件上，应变片的引出线与动态应变仪的输入通道相互连接，动态 应变仪的输出通道与处理器相互连接；
[0008]处理器包括获取动态应变仪采集到的应变波形的应变波形读取模块，从应变波形 中获取应变峰值ε(M)的应变识别模块，工件弹性模量设置模块，将获取的应变峰值转换为 附加动应力的动应力转换模块，残余应力衰减量A〇r(MPa)与振动时间t(min)之间相互关 系设置模块，驱动器输入激振器的输入电压U(V)与附加动应力〇d(MPa)之间相互关系设置 丰旲块。
[0009]工件弹性模量设置模块中预设有工件的弹性模量E(GPa);附加动应力与应变峰值 的转换关系为
，其中〇d为附加动应力，附加动应力通过处理器的显示界面显 示给用户。
[0010] 进一步，动态应变仪为高精度多通道动态应变仪。
[0011] 进一步，支撑装置为弹性元件。
[0012] 用于自适应调整动应力的方法包括以下步骤：
[0013] (1)通过X射线衍射法获取工件的残余应力分布状态，确定峰值残余应力在工件上 的具体位置，在工件的残余应力峰值处粘贴应变片。
[0014] (2)将工件与激振器固定连接;通过支撑装置对工件进行支撑，以便激振器对工件 进行激振;接通信号连线，接通电源。
[0015] (3)在工件弹性模量设置模块中设置工件的弹性模量E(GPa);在残余应力衰减量 Aor(MPa)与振动时间t(min)之间相互关系设置模块中预置之间相互关系的函数表 达式;在驱动器输入激振器电压U(V)与附加动应力〇d(MPa)之间相互关系设置模块中预置U 与〇d之间相互关系的函数表达式。
[0016] (4)应变波形读取模块获取动态应变仪采集到的应变波形;应变识别模块从应变 波形中获取应变峰值ε(με);动应力转换模块中输出的附加动应力与应变峰值的转换关系
[0017] (5)处理器控制信号发生器对工件进行扫频振动，从而自动获取振动时效的激振 频率f，并在该激振频率下对工件进行定频振动时效处理。
[0018] (6)处理器每隔At(At=lmin)时间自动根据A〇r与t之间相互关系的函数表达 式，计算残余应力的衰减量AOr，即此时作用在工件上的附加动应力应调整为〇d+△ 〇r;同时 处理器将〇d+A〇r代入u与Od之间相互关系的函数表达式，计算出此时驱动器的输出电压 UAt;处理器自动程控驱动器输入激振器的输入电压设置为UM(UM〈Uiig，其中Ui?为激振器 工作电压的上限），从而实现了对作用在工件上的附加动应力进行自适应的调整。
[0019] 所述信号连线包括处理器与信号发生器之间的信号连线;处理器与驱动器之间的 信号连线;处理器与动态应变仪之间的信号连线;信号发生器与驱动器之间的信号连线;驱 动器与激振器之间的信号连线;应变片与动态应变仪之间的信号连线;所述电源包括处理 器、驱动器、信号发生器、动态应变仪和激振器的电源。
[0020] 本发明的技术构思是：由处理器、信号发生器、驱动器、激振器、应变片以及动态应 变仪构成动应力自适应的振动时效系统;工件与激振器相互固定连接;通过支撑装置对工 件进行支撑，以便激振器对工件进行激振;处理器控制信号发生器输出激振频率f;驱动器 放大激振信号后驱动激振器，对工件进行定频振动时效处理;处理器通过计算机接口读取 动态应变仪采集到的应变波形并获取应变波形的峰值，然后计算出作用在工件上的附加动 应力Od;处理器每隔Δt(Δt=lmin)时间自动根据Δ~与丨之间相互关系的函数表达式，计 算残余应力的衰减量Aor;同时处理器将od+ △or代入1]与〇<!之间相互关系的函数表达式，计 算出此时驱动器的输出电压Um;处理器自动程控驱动器输入激振器的输入电压设置为UAt (lkt〈Uiig，其中Uiig为激振器工作电压的上限），从而实现了对作用在工件上的附加动应力 进行自适应的调整。
[0021] 本发明的有益效果如下：
[0022]1、能够将动态应变仪输出的应变波形转换为附加动应力，实时、准确地获知作用 在工件上的附加动应力。
[0023] 2、处理器能够实时计算出振动时效过程中工件内部残余应力的衰减量，根据工件 内部残余应力的衰减量，自动调整驱动器输入激振器的输入电压，从而在振动时效过程中 自适应的调整作用在工件上的附加动应力，确保了振动时效消除残余应力的效果。
[0024] 3、处理器能够自动的确定作用在工件上的附加动应力、振动时效过程中工件内部 残余应力的衰减量以及驱动器输入激振器的输入电压，无需手动操作，减少了工作量，提高 了工作的效率。
【附图说明】
[0025]图1动应力自适应的振动时效系统示意图。
【具体实施方式】
[0026]参照附图，进一步说明本发明：
[0027]动应力自适应的振动时效系统，包括处理器、信号发生器、驱动器、激振器1、应变 片2、动态应变仪、支撑装置4;激振器1固定在工件3表面，工件3安装在具有弹性的支撑装置 4上;处理器控制信号发生器输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激振信号；信号发生 器输出的正弦激振信号经由驱动器输入激振器1，进而驱动激振器1产生振动。
[0028]处理器程控驱动器输入激振器1的输入电压，从而自适应的调整激振器1作用在工 件3上的附加动应力。
[0029]应变片2粘贴在工件3上，应变片2的引出线与动态应变仪的输入通道相互连接，动 态应变仪的输出通道与处理器相互连接；
[0030]处理器包括获取动态应变仪采集到的应变波形的应变波形读取模块，从应变波形 中获取应变峰值ε(με)的应变识别模块，工件3弹性模量设置模块，将获取的应变峰值转换 为附加动应力的动应力转换模块，残余应力衰减量A〇r(MPa)与振动时