[發明專利]一種鋁合金鍛件殘余應力的表征方法

有效

• 申請號: 202110734073.3
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113378442B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 袁武華;向陽
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G16C10/00;G16C60/00;G06F119/14
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 謝浪

本發明公開了一種鋁合金鍛件殘余應力的表征方法，包括建立和優化鍛件三維淬火?冷壓有限元模型，獲得鍛件淬火及冷壓后殘余應力場分布的數據；在實際鍛件表面選取特征點，并測量上述特征點處的實際殘余應力值；將特征點實際殘余應力值與仿真模型中該特征點的殘余應力值進行對比，計算各特征點所處區域的應力場修正系數；編寫腳本程序，基于鍛件模擬的淬火殘余應力場和修正系數，對特征點所處區域的殘余應力場進行反算，從而獲得更加準確的淬火殘余應力場。本發明通過鍛件特征點的殘余應力值反算鍛件整體殘余應力場的方法，可快速的表征鍛件各個加工狀態下殘余應力的大小及分布特點，解決鍛件加工生產過程中不能對其殘余應力進行及時監測的問題。

技術領域

本發明屬于材料分析測試技術領域，尤其涉及一種鋁合金鍛件殘余應力的表征方法。

背景技術

殘余應力在材料加工及成型過程中會不可避免的存在，殘余應力的大小對材料、零件的壽命和性能有著至關重要的影響，因此對殘余應力的精確測定對于材料的性能研究有著至關重要的意義。當前對鍛件進行殘余應力消減的工藝比較成熟，但是如何實現對鍛件殘余應力消減效果的準確評價仍然一大難題，因此迫切需要發展一種快捷、低成本并可用于生產現場測試的殘余應力評價方法。

目前，殘余應力的表征方法主要包括小孔法、X射線衍射法、中子衍射法等，其中小孔法和X射線衍射法的缺點在于兩種方法都只能測試工件表面殘余應力，并且小孔法為破壞性方法，測試時比較繁瑣及效率低，無法對工件整體殘余應力狀態進行評價，而X射線衍射法測試深度過淺，無法體現工件的宏觀殘余應力狀態。此外，目前發展的測試深度更深、準確度更高且無損的中子衍射等方法則只能在實驗室條件下進行測試。

隨著有限元分析軟件的發展，Abaqus、ANASY等有限元分析軟件越來越多被用來分析和表征結構件的殘余應力。而在結構件殘余應力模型建立和優化后，實際生產過程中往往存在一定的工藝波動，從而導致實際殘余應力分布與模擬值不同。為表征實際的殘余應力分布，通常做法是通過微調模型的邊界條件、材料參數等，使結構件殘余應力的數值模擬值盡可能的與實測值接近，從而以數值模擬結果作為結構件殘余應力狀態的間接評價。此方法存在的問題是需要對同一模型需要進行多次優化，模擬計算工作量大、效率較低，面對不同工件或不同工藝條件時往往需要耗費大量時間。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種鋁合金鍛件殘余應力的表征方法，以快速、全面地表征不同狀態下鍛件的殘余應力分布狀態。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種鋁合金鍛件殘余應力的表征方法，包括如下步驟：

步驟1：利用Abaqus有限元模擬軟件建立和優化鍛件三維淬火-冷壓有限元模型，采用熱-力耦合分析模擬鍛件淬火-冷壓過程，獲得鍛件淬火及冷壓后的殘余應力場分布數據；

步驟2：在實際鍛件表面選取特征點，利用表面殘余應力測試方法來測量上述特征點處的實際殘余應力值；

步驟3：將特征點實際殘余應力值與仿真模型中該特征點的殘余應力值進行對比，結合仿真模型，計算各特征點所處區域的應力場修正系數；

步驟4：編寫腳本程序，通過腳本程序導出仿真模型淬火及冷壓后的應力場數據，根據步驟3所得修正系數對應力場數據進行修正；

步驟5：對Abaqus有限元模擬軟件進行二次開發，編寫腳本程序對仿真模型中各特征點附近區域應力場進行反推計算，得到鍛件整體殘余應力分布，對鍛件整體殘余應力場進行預測及表征。

具體的，步驟1中所涉及的材料熱物性參數包括：密度、彈性模量、泊松比、屈服強度、熱膨脹系數、比熱容、熱處理工藝參數以及淬火過程中的換熱系數。

具體的，步驟1中所涉及的鍛件淬火工藝為：淬火介質為水，淬火介質溫度為40℃，淬火時間為900s，鍛件各表面同時接觸淬火介質，在淬火過程中水溫不發生變化；