[發明專利]一種加工表面廣義微觀應力集中現象的建模及分析方法

有效

• 申請號: 201910579872.0
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110287622B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 李勛;楊慎亮;郭致遠;于建華;丁志純;張穎志
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 齊勝杰

本發明涉及一種加工表面廣義微觀應力集中現象的建模及分析方法；建模方法包括：S1獲取待加工試件的基體材料組織的真實應力應變曲線；S2獲取加工試件的加工表面微觀形貌曲線；S3對加工試件的塑性變形層進行處理得到多個子塑性變形層；S4根據待加工試件的真實應力應變曲線和多個子塑性變形層獲取每一子塑性變形層的應力應變曲線；S5利用加工試件的加工表面微觀形貌曲線、基體材料組織的屬性信息和每一子塑性變形層的應力應變曲線及其對應的厚度，構建用于對加工試件表面進行分析的二維分層有限元分析模型；本方法將表面微觀幾何形貌和表面塑性強化形成的應力集中進行綜合，對研究加工表面完整性影響試件疲勞性能的機理更具有指導意義。

技術領域

本發明屬于機械加工表面完整性領域，尤其涉及一種加工表面廣義微觀應力集中現象的建模及分析方法。

背景技術

在給定材料的情況下，機械加工表面完整性對試件的疲勞性能具有較大的影響。其中，機械加工表面微觀形貌通過改變表面微觀應力集中系數來影響試件的疲勞性能，這種現象稱為表面幾何微觀應力集中現象。

幾何微觀應力集中現象是研究表面微觀幾何形貌對試件疲勞性能影響規律的理論基礎，但是，此理論用于研究真實加工表面完整性對試件疲勞性能的影響規律時存在較大局限性，主要是因為車削、銑削、磨削，甚至表面強化加工過程中，表面材料經過高應變率的塑性變形，其表面材料的性能也發生了很大的變化，除表面粗糙度引起的表面微觀應力集中外，表面劇烈的塑性變形強化(不考慮表面微裂紋的因素)也會形成表面微觀應力集中現象，我們稱之為強化應力集中現象。

強化應力集中現象也會對試件的疲勞性能產生很大影響，但是被研究人員長期忽視。強化應力集中現象產生的基本原理如圖1所示，試件經過加工后，塑性變形區內的表面材料必然形成塑性強化，其表面材料的力學性能曲線也從圖中的OacbB曲線改變為Oab′B′曲線，但是試件基體材料的力學性能曲線并沒有改變。當試件整體受到外加疲勞載荷σ₀時，表面層材料和基體材料的應變相等，當應變量在(ε₁,ε₂)區間內時，表面層材料受到的實際載荷σ₁必然要大于材料基體受到的實際載荷σ₂。因此，具有典型塑性強化特性的材料，在一定外加載荷范圍內就會在試件表層形成強化應力集中現象。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術采用幾何微觀應力集中現象進行研究時存在局限性，一方面，本發明提供一種加工表面廣義微觀應力集中現象的建模方法，另一方面，本發明提供了一種加工表面廣義微觀應力集中現象的分析方法。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明一種加工表面廣義微觀應力集中現象的建模方法，采用的主要技術方案包括：

S1、獲取待加工試件的基體材料組織的真實應力應變曲線；

S2、獲取加工試件的加工表面微觀形貌曲線，所述加工試件為預先對待加工試件進行機械加工處理后的試件；

S3、采用機械加工表面塑性變形層分層標準對加工試件的表面塑性變形層進行處理，得到多個子塑性變形層；

S4、根據待加工試件的真實應力應變曲線和所述多個子塑性變形層，獲取每一子塑性變形層的應力應變曲線；

S5、利用所述加工試件的加工表面微觀形貌曲線、基體材料組織的屬性信息和所述每一子塑性變形層的應力應變曲線及其對應的厚度，構建用于對試件加工表面進行分析的二維分層有限元分析模型。

可選地，在步驟S3之前，采用塑性變形層識別規則識別所述加工試件的表面塑性變形層，其中所述識別規則包括：