[發明專利]一種基于工作應力要求的高溫合金噴丸殘余應力設計方法

在審

• 申請號: 202211279856.8
• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115510589A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 姚倡鋒;羅健鑫;譚靚;崔敏超;孫蘊齊;高旭航;張婭
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G16C60/00;G06F111/10;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 李明全

本發明公開了一種基于工作應力要求的高溫合金噴丸殘余應力設計方法，根據工件的工作應力確定其表面工作應力設計值σ_fsur；采用試驗發確定工件的最大疲勞極限σ_fmax和不存在殘余應力時的疲勞極限σ_?1；以σ_fsur、σ_fmax和σ_?1為輸入信息，利用疲勞極限和殘余應力的對應關系求解殘余應力參數值；本發明通過采集工件表面工作應力設計值、最大疲勞極限和不存在殘余應力時的疲勞極限，在結合疲勞極限和殘余應力的對應關系可以得到殘余應力的各項參數，實現了從疲勞極限向殘余應力的反推設計，提高了試驗效率，降低噴丸參數設計時的試驗成本。

技術領域

本發明屬于殘余應力設計技術領域，尤其涉及一種基于工作應力要求的高溫合金噴丸殘余應力設計方法。

背景技術

幾十年的服役實踐證明，機械零構件失效中疲勞失效占到50％～90％，而航空構件中疲勞失效占到80％以上。特別是飛機、發動機等關鍵構件，疲勞是機械零構件安全服役威脅最大的失效模式。噴丸作為一種表面強化方法被廣泛運用于航空航天、船舶汽車等各行各業，通過噴丸可以在工件表面引入殘余壓應力，減小工件所受的工作應力，從而延緩疲勞裂紋的萌生和擴展，提高疲勞壽命。現有研究表明高溫合金材料在噴丸后其表層殘余應力沿深度方向呈現“勺形”分布，通過控制關鍵點即可繪制殘余應力分布曲線。

一直以來，研究較多的都是通過控制噴丸參數來改變殘余應力的分布，再通過疲勞試驗來獲得引入殘余應力后的疲勞極限，引入殘余應力后使工件的疲勞極限大于工作應力，這種方法最終得到的疲勞極限不可控，通常需要幾次修改噴丸參數才能達到要求的疲勞極限設計值，試驗成本高，需要耗費大量的人力物力。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于工作應力要求的高溫合金噴丸殘余應力設計方法，據工作應力要求來設計疲勞極限，再通過疲勞極限與殘余應力的關系反向推導殘余應力，降低噴丸參數設計時的試驗成本。

本發明采用以下技術方案：一種基于工作應力要求的高溫合金噴丸殘余應力設計方法，包括以下步驟：

根據工件的工作應力確定其表面工作應力設計值σ_fsur；

采用試驗法確定工件的最大疲勞極限σ_fmax和不存在殘余應力時的疲勞極限σ_-1；

以σ_fsur、σ_fmax和σ_-1為輸入信息，利用疲勞極限和殘余應力的對應關系求解殘余應力參數值。

進一步地，利用疲勞極限和殘余應力的對應關系求解殘余應力參數值后還包括：

基于殘余應力參數值和殘余應力分段表達式，生成工件的殘余應力分布曲線。

進一步地，利用疲勞極限和殘余應力的對應關系求解殘余應力參數值包括：

其中，σ_rsur為工件的表面殘余應力，σ_b為工件材料的抗拉強度，σ_m為工件承受的局部平均應力，σ_rmax為工件的最大殘余應力，σ_f0為材料固有疲勞極限。

進一步地，生成工件的殘余應力分布曲線包括：

其中，σ_r(h)為工件在深度h處的殘余應力，h_max為最大壓應力所在深度，h₀為壓應力層深度。

進一步地，工件材料的抗拉強度計算方法為：