本文關(guān)鍵詞：超聲振動(dòng)時(shí)效消除殘余應(yīng)力機(jī)理分析及試驗(yàn)研究

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【摘要】：在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，鍛造、切削、焊接、熱處理、裝配等工藝過(guò)程都會(huì)使工件內(nèi)部出現(xiàn)不同程度的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力會(huì)影響工件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、靜載荷剛度、疲勞強(qiáng)度、尺寸的穩(wěn)定性，甚至?xí)构ぜa(chǎn)生裂紋或變形，因此消除工件內(nèi)部殘余應(yīng)力是生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的一道重要工序。通常消除殘余應(yīng)力有自然時(shí)效、熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效三種方法，而振動(dòng)時(shí)效工藝以低能耗、低成本、高效率、高環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，逐步替代了工件的自然時(shí)效和熱時(shí)效工藝。 目前國(guó)內(nèi)對(duì)振動(dòng)時(shí)效的研究主要集中在低頻振動(dòng)時(shí)效，研發(fā)的低頻振動(dòng)時(shí)效設(shè)備在生產(chǎn)中得到大量的應(yīng)用，并取得了良好的效果。然而小型零件的一階固有頻率都超出了低頻范圍，現(xiàn)有的低頻振動(dòng)時(shí)效方法難以消除其殘余應(yīng)力，但隨著產(chǎn)品的小型化、精密化發(fā)展，對(duì)小型零件尺寸穩(wěn)定性要求越來(lái)越高，為此本課題提出了針對(duì)小型零件的超聲振動(dòng)時(shí)效方法。其主要特點(diǎn)在于低振幅高頻率，單位時(shí)間的輸入能量較大，消除殘余應(yīng)力時(shí)間短。目前在超聲振動(dòng)時(shí)效機(jī)理研究、設(shè)備研制以及推廣應(yīng)用方面上研究較少。針對(duì)上述現(xiàn)狀，本課題主要研究?jī)?nèi)容如下： （1）搭建了超聲振動(dòng)裝置和壓力機(jī)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了試驗(yàn)所用的超聲變幅桿以及桿件試樣，對(duì)試驗(yàn)桿件中殘余應(yīng)力做了理論計(jì)算。并用ANSYS模擬仿真桿件內(nèi)部的殘余應(yīng)力,最大殘余應(yīng)力的理論值和仿真值誤差較小。結(jié)果顯示，采用模擬仿真可清楚準(zhǔn)確地得到桿件內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布。 （2）采用了x射線衍射法，精確無(wú)損地測(cè)量超聲振動(dòng)時(shí)效處理前后桿件表面殘余應(yīng)力。通過(guò)幾組對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)小型零件殘余應(yīng)力的消除效果進(jìn)行定量評(píng)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，殘余應(yīng)力峰值明顯減小，，整體殘余應(yīng)力分布均化，證明了超聲振動(dòng)時(shí)效消除小型零件內(nèi)部殘余應(yīng)力的有效性。 （3）探索了消除殘余應(yīng)力效果評(píng)定的新方法。采用掃描電子顯微鏡觀察超聲振動(dòng)前后工件的位錯(cuò)密度，通過(guò)比較位錯(cuò)密度的分布可直接評(píng)定殘余應(yīng)力的消除效果。 （4）探討了超聲振動(dòng)時(shí)效消除殘余應(yīng)力的微觀機(jī)理，首次提出了超聲振動(dòng)時(shí)效機(jī)理與低頻振動(dòng)時(shí)效機(jī)理的不同，超聲振動(dòng)消除殘余應(yīng)力的效果取決于零件內(nèi)部晶粒獲得的振動(dòng)能量。在超聲振動(dòng)時(shí)效中，即使當(dāng)構(gòu)件內(nèi)殘余應(yīng)力與動(dòng)應(yīng)力時(shí)疊加之和小于材料的屈服極限時(shí)，也能消除工件內(nèi)的殘余應(yīng)力，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：殘余應(yīng)力 超聲振動(dòng)時(shí)效 x射線衍射法 掃描電鏡
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG156.92
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 振動(dòng)時(shí)效在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.1.1 振動(dòng)時(shí)效在國(guó)外的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.1.2 振動(dòng)時(shí)效在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2 目前振動(dòng)時(shí)效存在的問(wèn)題13-14
• 1.3 超聲振動(dòng)時(shí)效研究的目的與意義14-15
• 1.4 本文主要的研究?jī)?nèi)容和方法15-16
• 1.5 本章小結(jié)16-17
• 第二章 振動(dòng)時(shí)效機(jī)理分析與研究17-27
• 2.1 殘余應(yīng)力的研究發(fā)展概況17-19
• 2.1.1 殘余應(yīng)力的分類17
• 2.1.2 殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因17-19
• 2.2 殘余應(yīng)力的影響19-20
• 2.3 殘余應(yīng)力的消除20-22
• 2.4 殘余應(yīng)力的測(cè)量22-24
• 2.5 傳統(tǒng)振動(dòng)時(shí)效機(jī)理24-25
• 2.6 本章小結(jié)25-27
• 第三章 超聲振動(dòng)時(shí)效工藝參數(shù)與效果評(píng)定27-33
• 3.1 超聲振動(dòng)時(shí)效的工藝參數(shù)27-28
• 3.1.1 激振應(yīng)力27
• 3.1.2 激振頻率27-28
• 3.1.3 激振時(shí)間28
• 3.2 超聲振動(dòng)時(shí)效的效果評(píng)定28-31
• 3.2.1 參數(shù)曲線觀測(cè)法28-29
• 3.2.2 尺寸精度穩(wěn)定性檢測(cè)法29-30
• 3.2.3 殘余應(yīng)力測(cè)量法30
• 3.2.4 位錯(cuò)密度觀測(cè)法30-31
• 3.3 本章小結(jié)31-33
• 第四章 超聲振動(dòng)時(shí)效的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真33-49
• 4.1 超聲振動(dòng)時(shí)效裝置33-34
• 4.1.1 超聲波發(fā)生器33-34
• 4.1.2 超聲換能器34
• 4.2 超聲波變幅器34-40
• 4.2.1 傳振桿的設(shè)計(jì)34-36
• 4.2.2 超聲變幅桿的設(shè)計(jì)36-40
• 4.3 試驗(yàn)桿件的設(shè)計(jì)40-41
• 4.4 搭建壓力機(jī)平臺(tái)41-43
• 4.5 桿件中殘余應(yīng)力的理論計(jì)算與仿真43-45
• 4.6 激振動(dòng)應(yīng)力的理論計(jì)算與仿真45-47
• 4.7 本章小結(jié)47-49
• 第五章 超聲振動(dòng)時(shí)效的試驗(yàn)研究與效果評(píng)估49-65
• 5.1 X 射線衍射法測(cè)量殘余應(yīng)力49-56
• 5.1.1 X 射線衍射基本原理49-50
• 5.1.2 測(cè)量方法50-51
• 5.1.3 試樣的制備51-52
• 5.1.4 實(shí)驗(yàn)方案52-53
• 5.1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果53-56
• 5.1.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析56
• 5.2 位錯(cuò)密度法評(píng)定超聲振動(dòng)效果56-63
• 5.2.1 掃描電子顯微鏡成像基本原理56-57
• 5.2.2 掃描電鏡的特點(diǎn)57-58
• 5.2.3 試樣的制備58-59
• 5.2.4 實(shí)驗(yàn)方案59-60
• 5.2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析60-63
• 5.4 超聲振動(dòng)時(shí)效機(jī)理63-64
• 5.5 本章小結(jié)64-65
• 第六章 總結(jié)與展望65-69
• 6.1 總結(jié)65-66
• 6.2 展望66-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 致謝73-75
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：890355