[發明專利]一種由殘余應力釋放引起的板類零件翹曲變形的計算方法

有效

• 申請號: 201710796457.1
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107704657B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 高瀚君;吳瓊;張以都;劉暢;周文兵;高子涵
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種由殘余應力釋放引起的板類零件翹曲變形的計算方法，其特征在于基于彈性力學和板殼理論，通過將殘余應力釋放等效為板邊緣施加的均布力矩，計算了板類零件在加工過程中的翹曲變形情況；

該方法的具體步驟如下：

步驟一：通過殘余應力測量方法獲得矩形毛坯沿層深方向各層的殘余應力，各層應有X和Y雙向的殘余應力值；

步驟二：在三維建模軟件中，依據零件和毛坯的三維模型，獲取零件在逐層去除材料過程中，每層的去除比例f_i；

步驟三：建立零件逐層去除材料過程中的剩余工件三維模型，設共需要去除k層材料，則需建立k個剩余工件的三維模型，第k個三維模型即為加工完成后的工件模型；

步驟四：將第三步驟建立的k個三維模型分別導入有限元軟件中，分別計算這k個剩余工件在X和Y方向的等效厚度值heqvx_i和heqvy_i，具體的建模和計算步驟如下：1)在有限元軟件中建立或導入第i層材料被去除后的工件三維模型；2)建立工件有限元模型；3)計算X方向等效厚度值時，對一短邊的端面施加全約束，并對另一短邊的棱施加沿厚度方向的均布集中力，計算Y方向等效厚度值時，對一長邊所在的端面施加全約束，并對另一長邊所在的面施加沿厚度方向的均布集中力；4)求解并計算工件在此工況下的最大變形；

步驟五：根據式(1)和(2)計算獲得的工件在加工過程中的等效厚度值；

其中，q表示均布載荷值；L表示毛坯的長度；defx_i表示X方向有限元求解的最大變形；E表示材料的彈性模量；

步驟六：將計算獲得的等效厚度代入式(3)-(7)，計算得到切去各層過程中X方向的翹曲曲率情況和剩余工件的應力重分布情況，Y方向的翹曲曲率和剩余工件應力重分布同理可得；

其中，R_x,i-1表示剝去第i層前，X方向翹曲的曲率半徑；R_x,i表示剝去第i層后，X方向翹曲的曲率半徑；h_i表示第i層被剝去前工件的厚度；σ_x,i-1,1表示在第i-1層被剝去后，剩余工件頂層X方向的平均應力；σ_y,i-1,1表示在第i-1層被剝去后剩余工件頂層Y方向的平均應力；t表示矩形毛坯每層的厚度；f_i表示為每層的去除材料的體積與每層材料的體積的比值；μ表示泊松比；a_xi表示第i層被剝去后在X方向，表面到變形中性面的距離；S_xi表示第i層被剝去后在X方向，工件頂面的殘余應力變化量；S_x,i,j表示第i層被剝去后，第j層內X方向的殘余應力變化量；σ_x,i,j表示第i層被剝去后，第j層內X方向重分布后的殘余應力；i、j和n均表示矩形毛坯的層數；

步驟七：根據計算得到的X和Y方向的翹曲曲率，通過式(8)計算可得工件各點的翹曲情況；

其中，R_x,i表示剝去第i層后，X方向翹曲的曲率半徑；L表示矩形板毛坯長；W表示矩形板毛坯寬；

步驟一至七各式中，i＝1,3…,k。