為精確測(cè)量車削加工鈦合金薄壁管件引起的表面殘余應(yīng)力,綜合考慮測(cè)量精度、可操作性以及節(jié)約材料等因素,運(yùn)用有限元法（FEM）分析確定零件合適的軸向長(zhǎng)度,結(jié)果表明:當(dāng)管件的軸向長(zhǎng)度與外徑比值λ≥1.11時(shí),其邊緣效應(yīng)對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響可以忽略不計(jì).為對(duì)零件剝層后新表面應(yīng)力值變化進(jìn)行補(bǔ)償,運(yùn)用FEM修正法對(duì)X射線法測(cè)得的剝層后表面應(yīng)力值進(jìn)行修正,測(cè)量結(jié)果表明:Ti6Al4V管件車削加工引起的表面殘余應(yīng)力在軸向和切向上均呈壓應(yīng)力狀態(tài),切向應(yīng)力高于軸向應(yīng)力,深度為60μm時(shí),兩個(gè)方向的殘余應(yīng)力都已基本趨于0.表明該修正方法計(jì)算簡(jiǎn)單,其修正精度明顯高于傳統(tǒng)修正方法,可以廣泛運(yùn)用于實(shí)際表面加工殘余應(yīng)力的測(cè)量過程. 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2015,47(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

驗(yàn)證管零件長(zhǎng)度時(shí)施加于模型的預(yù)應(yīng)力根據(jù)式(1)，將柱坐標(biāo)應(yīng)力轉(zhuǎn)換為X、Y方向的

帳笛榻峁??!""#"""$#""$!""$%""!"#$&’()*"#""#*"!""%&&+,圖1驗(yàn)證管零件長(zhǎng)度時(shí)施加于模型的預(yù)應(yīng)力根據(jù)式(1)，將柱坐標(biāo)應(yīng)力轉(zhuǎn)換為X、Y方向的正應(yīng)力σxx、σyy以及XY方向的切應(yīng)力τxy，而Z方向即零件軸向的應(yīng)力不需要變換，可以直接導(dǎo)入．σxxσyyτ{}xy=cos2θsin2θ－sin2θsin2θcos2θsin2θ12sin2θ－12sin2θcos2{}θσρσθτ{}ρθ．(1)將Matlab計(jì)算得到的應(yīng)力文件導(dǎo)入Abaqus中，其達(dá)到平衡后如圖2所示．可以看出，應(yīng)力層內(nèi)的殘余應(yīng)力值在深度方向上變化率很高，這是加工引起的表面殘余應(yīng)力的主要特征．圖2長(zhǎng)模型施加預(yù)應(yīng)力并自平衡后的效果圖運(yùn)用Abaqus的“生死單元”技術(shù)將應(yīng)力層單元由外向內(nèi)逐層“殺死”，以此來模擬實(shí)際實(shí)驗(yàn)中應(yīng)力層被腐蝕剝層的過程．在每一層單元被“殺死”后，軟件會(huì)計(jì)算模型內(nèi)應(yīng)力重新分布的過程，即實(shí)際實(shí)驗(yàn)每次剝層后，零件剩余部分的殘余應(yīng)力將會(huì)重新分布而達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)的現(xiàn)象．每去除一層單元并達(dá)到平衡后，記錄模型外壁軸向中部的軸向和切向的應(yīng)力值，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，用X射線法測(cè)量時(shí)測(cè)量點(diǎn)也必須選在零件軸向中部位置，以減少邊緣效應(yīng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響．上述模型得到的數(shù)據(jù)精度較高，但是缺點(diǎn)很明顯:其軸向太長(zhǎng)，在實(shí)際操作中存在諸多不便以及浪費(fèi)材料現(xiàn)象．利用FEM分析確定零件合適的軸向長(zhǎng)度．運(yùn)用Python語言對(duì)Abaqus進(jìn)行二次開發(fā)，保持模型橫截面始終一致，軸向初始長(zhǎng)度設(shè)定為20mm，不斷增加軸向長(zhǎng)度并進(jìn)行計(jì)算，并與上述模型進(jìn)行對(duì)比，直到精度滿足要求．設(shè)定模型的應(yīng)力值相差不超過0.5MPa為滿足條件．程序流程圖如圖3所示．最終結(jié)果表明:軸向長(zhǎng)度達(dá)到50m

足要求．由此得出結(jié)論:在測(cè)量上述截面形狀的零件表面殘余應(yīng)力時(shí)，若取軸向長(zhǎng)度為50mm，其精度是可靠的，是綜合考慮測(cè)量精度、操作方便以及節(jié)約材料的結(jié)果．!!!!!!!!"#$%&#’()*+,-"#./"#$0123456789:;<=>?"#@A%&&BCDEF./GH)IJ-"#K;>?L&#MN$%OP"#Q’%(&&RST9U;UVWXYZ[\]^_‘a(chǎn)bST9U;UVc>?SdeAfg;789:c>?hAijklmn0op>?OP"#Q)(&&MN!圖3Python二次開發(fā)流程圖2FEM修正方法2.1修正原理根據(jù)上述FEM分析結(jié)果，在軟件Abaqus中建立模型，取外徑為45mm，內(nèi)徑為43mm，軸向長(zhǎng)度50mm，同樣將應(yīng)力層平均分成10份，每層的厚度為20μm，采用類型為C3D8R的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分，將網(wǎng)格的近似全局尺寸設(shè)置為0.8，最終劃分得到的網(wǎng)格數(shù)目為447678．劃分網(wǎng)格后的模型如圖4所示．!"#(a)施加應(yīng)力前完整模型!"#(b)施加應(yīng)力前局部模型圖4在Abaqus內(nèi)建立的網(wǎng)格模型給模型外壁應(yīng)力層施加軸向和切向的殘余應(yīng)力，其達(dá)到自平衡后效果如圖5所示．!"#(a)自平衡狀態(tài)下的完整模型(b)自平衡狀態(tài)下的局部模型圖5短模型施加預(yù)定應(yīng)力并自平衡后的效果圖利用Abaqus的“生死單元”技術(shù)，將模型的單元逐層“殺死”，記錄每一單元層被“殺死”前后剩余各單元層的應(yīng)力變化．利用上述模型計(jì)算第i次剝層時(shí)從第1層(最內(nèi)層)到i－1層(最外層)的此剝層步驟的修正系數(shù)，修正系數(shù)以及應(yīng)力計(jì)算公式如下:(Δσh)i=(σh)i－(σh)i－1=－Khiσmi，(2)σch=σmh+∑h－1i=1Khiσmi．(3)式中:i為腐蝕剝層的次數(shù)，取值為自然數(shù);h為腐蝕剝層的深度;(Δσh)i為第i－1次和第i次腐蝕剝層后深度為h處的應(yīng)力值之差;(σh)i－1、(σh)i分?

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3505313