[發(fā)明專利]一種基于變形反推的初始殘余應力調整方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010907686.8
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112179541B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 郭江;張旻;王朔;賀增旭;白倩
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種基于變形反推的初始殘余應力調整方法，屬于機械工程領域。該調整方法首先將工件分為兩組，進行熱處理降低工件內(nèi)部殘余應力，去除其中一組工件上下表面的材料，記錄此時的工件變形為U_j。其次，應用傳統(tǒng)殘余應力測量方法對另一組工件各層的殘余應力進行測量，然后對各層的殘余應力的測量值取平均值，作為待調整的原始數(shù)據(jù)，建立初始殘余應力和變形的相關關系。最后，利用遺傳算法調整初始殘余應力。本發(fā)明經(jīng)過調整后的初始殘余應力，更能反應工件內(nèi)部的初始應力分布狀態(tài)，對加工去除后的應力重分布狀況和工件加工變形有更好的預測效果；解決了當下由于測量誤差過大而導致的初始殘余應力數(shù)據(jù)不準確的問題，結果較為可靠。

技術領域

本發(fā)明屬于機械工程領域，涉及一種對測量的初始殘余應力的調整方法，尤其涉及一種基于遺傳算法和變形反推的初始殘余應力的調整方法。

背景技術

隨著我國在航天、軍事和計算機等高技術領域的不斷發(fā)展，精密和超精密加工的應用也越來越廣泛。影響精密和超精密加工的加工精度的一個重要因素是工件的殘余應力。殘余應力是在工件內(nèi)部存在的自相平衡的內(nèi)力，并且在消除外力和不均勻的溫度場等作用后仍殘留在工件內(nèi)。工件內(nèi)部的殘余應力會使工件組織向沒有內(nèi)應力的穩(wěn)定狀態(tài)變化，導致工件形狀發(fā)生改變，使工件精度降低。研究工件表面的殘余應力對提高加工精度有重要的作用。

現(xiàn)在的測量殘余應力方式可以分為：1)物理檢測法，主要包括X射線衍射法和中子衍射法，2)機械法，主要包括鉆小孔法。機械法和X射線衍射法都是檢測工件內(nèi)部殘余應力相平衡后的殘余應力，測量的殘余應力數(shù)值發(fā)生變化。現(xiàn)在的檢測方法的檢測精度不一定滿足殘余應力數(shù)值發(fā)生變化后的要求：經(jīng)過車削后的工件殘余應力的數(shù)值在100MPA左右，殘余應力的測量誤差在±20MPA左右，此時的測量精度滿足使用要求，但是經(jīng)過熱處理后的工件的殘余應力的數(shù)值在也是在±20MPA左右，此時的測量精度就達不到我們的使用要求。

專利(201710970319.0)提出了一種根據(jù)反推法和應變變化相結合的方式對殘余應力進行測量的方法，通過對不同剝層的形變進行測量，然后利用下層的應力進行反推的方式測量工件內(nèi)部殘余應力，該方法消除了因應力自平衡產(chǎn)生的誤差，提高殘余應力的測量精度；專利(201310511209.X)中提出了一種撓度變化和反推法相結合的測量殘余應力的方法，通過每層的撓度和彎矩的變化測量應力，利用下層應力反推，最終獲得表面殘余應力的數(shù)值。該方法消除應力相互作用產(chǎn)生的誤差,提高殘余應力的測量精度。但是上述專利的方法都沒有對殘余應力的初始測量值進行調整，也無法通過初始殘余應力來進行后續(xù)的工件變形預測工作。

綜上所述，亟需一種調整殘余應力初始測量數(shù)據(jù)的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對目前測量方法的局限性，導致初始殘余應力的誤差較大問題，提出了一種基于數(shù)學推導和遺傳算法的初始殘余應力調整方法，經(jīng)過調整后的初始殘余應力，與未經(jīng)調整的初始殘余應力相比，更能反應工件內(nèi)部的初始應力分布狀態(tài)，對加工去除后的應力重分布狀況和工件加工變形有更好的預測效果。

一種基于變形反推的初始殘余應力的調整方法，主要包括以下步驟：

第一步：將工件分為兩組，進行熱處理降低工件內(nèi)部殘余應力。

第二步：去除其中一組工件上下表面的材料，上表面材料去除厚度為r，下表面材料去除厚度為r'，記錄此時的工件變形為U_j。

第三步：應用傳統(tǒng)殘余應力測量方法對另一組工件各層的殘余應力進行測量，然后對各層的殘余應力的測量值取平均值，作為待調整的原始數(shù)據(jù)。

第四步：建立初始殘余應力和變形的相關關系。

其中，L為截面長度，σ₀為去除截面上的平均應力，z為所選截面到中性軸的距離，H為截面高度。