振动时效的数值模拟开题报告

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1、开题报告振动时效的数值模拟1选题的背景、意义金属的焊接、淬火、铸造、机加工等工艺过程都会使构件产生残余应力。残余应力的存在降低了构件的使用和疲劳寿命，增强了应力腐蚀作用。为了消除应力，人们经常利用传统的方法热时效(TSR)和自然时效(NSR),自然时效虽不耗能,但周期太长,不适应大批量生产。热时效,其周期较自然时效大为缩短,应用广泛,时效设备耗能高,劳动条件差,有的还污染环境,机械化自动化水平也不高。相对以上两种时效方法，一种新的、时尚的、简单的、方便的时效方法——振动时效（VSR）被广大企业所青睐。振动时效，是将工件在固有频率下进行数分钟至数十分

2、钟的振动处理，消除其残余应力，获得尺寸精度稳定性的一种方法，具有耗能少、时间短、环保、效果显著等特点。振动时效的特点:(1)投资少与热时效相比，它无需庞大的时效炉，可节省占地面积与昂贵的设备投资。现代工业中的大型铸件与焊接件，如采用热时效消除应力则需建造大型时效炉，不仅造价昂贵，利用率低，而且炉内温度很难均匀，消除应力效果差。采用振动时效可以完全避免这些问题。(2)生产周期短自然时效需经几个月的长期放置，热时效亦需经数十小时的周期方能完成，而振动时效一般只需振动数十分钟即可完成。而且，振动时效不受场地限制，可减少工件在时效前后的往返运输。如将振动设

3、备安置在机械加工生产线上，不仅使生产安排更紧凑，而且可以消除加工过程中产生的应力。(3)使用方便振动设备体积小，重量轻，便于携带。由于振动处理不受场地限制，振动装置又可携至现场，所以这种工艺与热时效相比，使用简便，适应性较强。(4)节约能源，降低成本在工件的共振频率下进行时效处理，耗能极小，功率为0．25—1．0马力的机械式激振器可振动150t以下的工件，故粗略计算其能源消耗仅为热时效的3％一5％，成本仅为热时效的8％一10％。(5)振动时效操作简便，易于实现机械化自动化，可避免金属零件在热时效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷，是目

4、前唯一能进行二次时效的方法。振动时效的基本思想是通过对应力工件施以交变循环载荷，使工件内残余应力释放，从而使工件残余应力降低，尺寸稳定下来而达到时效之目的。由于其降低残余应力效果与热时效相当，工件尺寸稳定性、抗疲劳强度极限还优于热时效，加上无需建一系列热时效所需固定设备、生产周期短、处理地点灵活、投入少、耗能小(据统计，振动时效的能耗约为热时效的2％以下，生产费用约为10％以下)、唯一可以进行二次时效的工艺，因此许多国家已经把振动时效作为一项某些机械构件必须采用的标准工艺。由此可见振动时效技术的推广应用有着重大和深远的意义，尤其是在当今能源短缺的年

5、代。2相关研究的最新成果及动态美国早在1983年采用振动时效技术的就有700多家企业，现在发达的欧美国家均以不同程度的运用到航空、海洋、机床、钻探、纺织、化工、汽车、石油等各种缎、铸、焊金属构件的处理中。在英国，某机床公司生产大型精密机床，其床身与立柱要求精度能够达到O．01mm／2m。过去采用热时效其精度保持性较差，后来改用振动消除残余应力，满足了精度要求，因此现在已将振动消除残余应力定位该项产品的标准工艺。英国喷气发动机火焰筒衬里，由于焊后热膨胀而发生裂纹，报废率占30％以上，后来采用振动时效工艺，报废率几乎为零。在美国，PX工程公司，用振动时

6、效来消除8吨重的焊接结构齿轮的内应力，用以减少焊接裂纹；PontLand电子专业公司，用振动时效处理4吨重的锻件毛坯，对锻件进行三次振动处理：毛坯、粗加工后、糟如工后。保证了锻件的稳定性。华盛顿钢铁公司，对该公司生产的47吨重的剪床座进行振动处理。剪床座是用152mm至203ram厚的钢板焊成，加强筋为38mm至76ram。这样大而重的构件只用40分钟的振动处理就代替了过去的热时效处理。西北工艺公司对1800吨重的海洋铁塔及1280吨重的钻井平台也采用振动消除残余应力处理。文献对焊接件进行振动消除残余应力效果分析，再次用事实证明了它比热处理更有效。

7、美、英等国在其他工业部门也大量采用振动消除残余应力，如造纸机械厂、船舶轴承厂、激光焊机厂、齿轮箱制造厂、纺织机械厂、轧钢设备厂、印刷机械厂、采油设备厂、锅炉厂、发电厂等等都用振动时效来消除构件的应力。自从这种具有节能高效、节资省时、适应性强、使用方便、清洁生产的振动时效技术引进我国以后，立刻得到国家的重视。从70年代起，国内开始注意“V.S.R”技术，“六五、七五”开始组织攻关，“八五”工艺成熟开始组织推广应用。“九五”期间，由中国机械工程学会牵头继续对振动时效的技术关键——激振器和控制装置的智能化进行完善，目前，振动时效在生产实践中成功应用的例子

8、不少，市场销售条件己成熟。国家经贸委已明确要求有关部门尽快将振动时效方法纳入制造行业的相关标准中，大力推广这一技术。随着人