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、意义金属工件在铸造、锻压、焊接、切削加工和使用过程中，由于受热、冷、机械变形作用，会在工件内部产生残余应力，使工件在服役过程中产生应力变形和失效。[1]过去通常采用热时效和自然时效消除残余应力。然而自然时效周期太长，占地面积大，不适应大批量生产；热时效费用高，炉温控制难，受热不均易致裂，并在冷却过程中产生新的应力。[2]振动时效能显著节能、降低成本、缩短周期。[3]与热时效相比，振动时效可节约成本90％以上，节能95％以上，节约投资90％以上，振动时效通常仅需0．5h，最长不超过1h。振动时效设备轻便，工艺简单，自动化程度高，不受工件大小、重量、地点限制

2、。[4]振动时效适应现代工业社会对能源和环保的要求，是一种革命性的高新技术。近20、30年来在世界范围内得到了更为广泛的应用。[5]2相关研究的最新成果及动态振动时效（VSR）20世纪70年代被引进我国。1974年北京机床研究所正式将VSR工艺列为研究课题,开始进行机床铸铁件应用VSR工艺及设备的研究工作，经过几年的研究，确定了VSR的基本工艺方法，肯定了VSR效果。[6]随着研究的进行和深入，在“六五”期间VSR又被列为中国38项重点攻关任务分子项"提高机床铸件质量的研究"内容之中,由北京机床研究所负责进行VSR工艺实用性研究。按期完成研究任务，“六五”总鉴定，VSR工艺研究达到了世界先进水

3、平。“七五”期间北京机床研究所又承担国家重点课题“消化吸收重大项目一条龙数控机床焊接构件振动时效工艺研究”。“七五”后我国VSR工艺成熟、完备，VSR设备也达到世界先进水平，基本满足VSR工艺要求。“八五”VSR被国家科委、机电部、国务院生产办列为“八五”六大重点推广技术之一。[7]1999年原国家经贸委又将其列入全国重点推广项目；1999年7月中国机械工程学会又成立了消除应力技术委员会，我国就有了专门研究应力与变形的国家级学术组织；2000年原国家经贸委又将新一代VSR设备列为国家级重点技术创新项目；2001年原国家经贸委立项支持标准制修订工作，同年8月中国机械工业联合会发布文件，正式将振动

4、消除应力技术纳入机床制造标准，接着将把振动消除应力技术制修订到铸、锻、焊基础件以及各制造业制造标准。[8]2003年全国科协大会选定振动时效作为大会宣读论文。在2008年，国防科工委又颁布了振动时效《装甲车辆振动消除应力技术要求》（WJ2696-2008)标准。这一切为振动消除应力技术的发展和应用起到了极大的推动作用。在21世纪初，一种新的振动时效技术频谱谐波技术在中国出现了，她摒弃了原有振动时效技术攻关方向，突破了原有的技术瓶颈。因为其独有找频方式与处理频率，被称为频谱谐波技术。这项技术解决了这些行业多年困扰的问题，被纳入正式的工艺定型方案。但因为这类产品价格偏高，再加上原有振动时效在很多企

5、业产生的阴影，在广大的民用机械制造企业还没有得到广泛的接纳。但新技术的出现解决了几十年的技术难题#使振动时效取代热时效逐渐成为现实。[9]3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标1、研究的内容了解振动时效技术中测试残余应力的各种方法，掌握盲孔法测试工件残余应力的理论及其计算方法，利用有限元分析软件对残余应力测试中应力释放系数进行标定。2、技术路线(1)用盲孔法测试残余应力若构件内存在残余应力场和弹性应变场，在应力场内任意点处钻一小盲孔(直径为d，深为h)，该处的金属和其中的残余应力即被释放，原应力场失去平衡，这时盲孔周围将产生一定量的释放应变(其大小与释放应力是

6、相对应的)，并使原应力场达到新的平衡，形成新的应力场和应变场，测出释放应变△e，即可利用相应公式计算出初始测试点的残余应力。[10]目前关于盲孔残余应力释放的分析，大致是在套用通孔分析方法的基础上做些修正，对于由图1所示应变计测得的释放应变，其应力计算公式为（1）式中，分别为相应各应变计钻孔后测得的释放应变；A、B为应变释放系数；为主应力。通孔应变释放系数可由Kirsch理论解得到（2）式中分别为被测材料的弹性模量和泊松比，，分别为孔径和盲孔中心到应变计孔端、远孔端距离。盲孔应变释放系数则需由标定试验确定，假设人为地在构件中施加单向应力场()，应变计1、3分别平行于方向，即=0，则有(3)将单

7、向应力场带入(3)得(4)由1、3应变计测得的释放应变即可求出应变释放系数A、B。[11](2)用有限元分析软件Ansys对残余应力测试中应力释放系数进行标定。①计算模型[12]②边界条件处理③标定结果及分析[14]④有限元塑性修正3、研究难点(1)盲孔法测量高残余应力时，还必须要考虑孔边应力集中引起的测量误差，对测量结果进行塑性修正。[15]（2）在用有限元分析软件Ansys对残余应力测试中应力