[發明專利]一種鈦合金噴丸強化殘余壓應力場的預測方法

有效

• 申請號: 201611017111.9
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106649994B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 譚靚;姚倡鋒;張定華;任軍學;田榮鑫;周征;張吉銀;傅新強;周菲
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 陜西增瑞律師事務所61219
• 代理人: 孫衛增

1.一種鈦合金噴丸強化殘余壓應力場的預測方法，其特征在于：該預測方法系基于特征參數和余弦衰減函數而預測鈦合金噴丸強化殘余壓應力場，其步驟如下：

步驟1：確定噴丸強化殘余壓應力場特征參數模型

將鈦合金材料的表面殘余壓應力σ_srs、最大殘余壓應力σ_mcrs、最大殘余壓應力距表面距離Z_m、殘余壓應力場深度Z₀，作為表征殘余壓應力場的四個特征參數，并用二次多項式模型表征殘余壓應力場特征參數與噴丸強化工藝參數的關系；

式中，c_ii是工藝參數系數；X₁，X₂為噴丸強度和覆蓋率的編碼值；

步驟2：確定噴丸強化殘余壓應力場余弦衰減函數模型

用余弦衰減函數對殘余壓應力曲線進行描述；

σ(h)＝Ae^-λhcos(ω_dh+θ)

式中，σ為殘余壓應力；h為表面下深度；A為殘余壓應力初始值；λ為衰減系數，決定著殘余壓應力場衰減到穩定值附近的快慢程度；ω_d為振動系統的固有角頻率，決定著殘余壓應力峰值的銳利程度，頻率越大，殘余壓應力峰值越尖銳；θ為初始相角；

[A，λ，ω_d，θ]定義為殘余壓應力場控制因子；

步驟3：確定殘余壓應力場控制因子與噴丸強化工藝參數關系模型

二者的關系模型如下：

式中，m_iX是工藝參數X對殘余壓應力場控制因子i的影響因子；

步驟4：選擇噴丸強化工藝參數并進行編碼

選取噴丸強度和表面覆蓋率作為自變量，并進行編碼；

X₁＝(f_A-f_A0)/(f_A+1-f_A0)

X₂＝(C-C₀)/(C₊₁-C₀)

式中，f_A，C為噴丸強度和覆蓋率的實際值；f_A0，C₀為編碼值0處的實際值；f_A+1，C₊₁為編碼值+1處的實際值；

步驟5：設計試驗方案，進行噴丸強化試驗

根據噴丸強度和覆蓋率的編碼值，根據可旋轉外切中心復合響應曲面法進行試驗設計，并完成噴丸強化試驗；

步驟6：殘余壓應力場測試

采用X射線衍射法對不同噴丸強化工藝參數下的殘余壓應力進行測量；

步驟7：求解殘余壓應力場特征參數模型

分析步驟6中得到的數據，繪制殘余壓應力沿表面下深度變化曲線，提取殘余壓應力場特征參數，采用多元線性回歸分析求解殘余壓應力場特征參數與噴丸強化工藝參數的關系模型；

步驟8：求解殘余壓應力場控制因子

根據步驟7中繪制的殘余壓應力沿表面下深度分布曲線，基于最小二乘法，采用步驟2中的余弦衰減函數擬合該曲線，得到不同噴丸強化工藝參數下的殘余壓應力場控制因子；

步驟9：求解殘余壓應力場控制因子與噴丸強化工藝參數關系模型

采用多元線性回歸分析求解殘余壓應力場控制因子與噴丸強化工藝參數的關系模型；

步驟10：模型的應用及驗證

在所選噴丸強化工藝參數范圍內，任取一組噴丸強度和覆蓋率進行噴丸強化試驗，對噴丸強化殘余壓應力場進行測試，獲得殘余壓應力場試驗值；

步驟11：將所選噴丸強化工藝參數按步驟4進行編碼，將編碼值帶入步驟7求解的殘余壓應力場特征參數模型，即可獲得殘余壓應力場特征參數的預測值；

步驟12：將編碼值帶入步驟9求解的殘余壓應力場控制因子與噴丸強化工藝參數的關系模型，即可求得殘余壓應力場控制因子；

步驟13：將殘余壓應力場控制因子和歸一化后的表面下深度帶入步驟2中的余弦衰減函數模型，即可獲得該深度下歸一化后的殘余壓應力值；

步驟14：最后按照步驟8中的歸一化公式對表面下深度和殘余壓應力值進行解碼，得到殘余壓應力沿表面下深度分布曲線；

步驟15：將殘余壓應力場模型預測值與試驗測試值進行比較，驗證模型的準確性。