一種確定振動(dòng)時(shí)效激振頻率的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及振動(dòng)時(shí)效技術(shù)領(lǐng)域，特指一種確定振動(dòng)時(shí)效激振頻率的系統(tǒng)及方法。 技術(shù)背景
[0002] 振動(dòng)時(shí)效技術(shù)是機(jī)械工程領(lǐng)域被廣泛使用的殘余應(yīng)力控制方法，即對(duì)工件施加機(jī) 械振動(dòng)載荷，當(dāng)工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力和附加的動(dòng)應(yīng)力之和超過材料的屈服極限時(shí)，材料內(nèi) 部將會(huì)發(fā)生塑性變形，從而使得材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力得W釋放。
[0003] 目前對(duì)于振動(dòng)時(shí)效激振頻率的確定是通過掃頻的方式尋找工件的固有頻率，然后 在其固有頻率下對(duì)工件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理;運(yùn)種確定激振頻率方法的依據(jù)為激振頻率越接 近工件的固有頻率時(shí)，作用在工件上的振級(jí)越大，即作用在工件上的附加動(dòng)應(yīng)力越大，越有 利于消除工件的殘余應(yīng)力；然而根據(jù)機(jī)械振動(dòng)學(xué)的基本理論可知，每一階固有頻率都對(duì)應(yīng) 一個(gè)固有振型，即在工件的固有頻率下激振時(shí)工件各部分分布的附加動(dòng)應(yīng)力是非均勻的； 若分布的附加動(dòng)應(yīng)力較小處分布有較大的殘余應(yīng)力，此時(shí)在運(yùn)一階固有頻率下對(duì)工件進(jìn)行 振動(dòng)時(shí)效處理，會(huì)導(dǎo)致工件局部區(qū)域的較大殘余應(yīng)力并不能得W有效的消除，降低了振動(dòng) 消除殘余應(yīng)力的效果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 為了獲取能夠消除工件局部區(qū)域的峰值殘余應(yīng)力的激振頻率，本發(fā)明提出一種確 定振動(dòng)時(shí)效激振頻率的系統(tǒng)及方法。
[0005] 確定振動(dòng)時(shí)效激振頻率的系統(tǒng)，包括處理器、信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)器、激振器、應(yīng)變 片、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、支撐裝置;激振器固定在工件表面，工件安裝在具有彈性的支撐裝置上;處 理器控制信號(hào)發(fā)生器輸出幅值和頻率均獨(dú)立且連續(xù)可調(diào)的正弦激振信號(hào)；信號(hào)發(fā)生器輸出 的正弦激振信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)器中，驅(qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)激振器產(chǎn)生振動(dòng)。
[0006] 應(yīng)變片粘貼在工件上，應(yīng)變片的引出線與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的輸入通道連接，動(dòng)態(tài)應(yīng)變 儀的輸出端與處理器連接。
[0007] 處理器包括獲取動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀采集到的應(yīng)變波形的應(yīng)變波形讀取模塊，從應(yīng)變波形 中獲取應(yīng)變峰值ε (με )的應(yīng)變識(shí)別模塊，工件彈性模量設(shè)置模塊，將應(yīng)變峰值轉(zhuǎn)換為附加動(dòng) 應(yīng)力的動(dòng)應(yīng)力檢測(cè)模塊，附加動(dòng)應(yīng)力的臨界闊值設(shè)置模塊，W及附加動(dòng)應(yīng)力判斷模塊。
[000引工件彈性模量設(shè)置模塊中預(yù)設(shè)有工件的彈性模量E(GPa);附加動(dòng)應(yīng)力與應(yīng)變峰值 的轉(zhuǎn)換關(guān)系為c=Y^(MPa)，其中，0表示附加動(dòng)應(yīng)力，通過處理器的顯示界面顯示給用 戶。
[0009] 進(jìn)一步，應(yīng)變片為Ξ向順時(shí)針應(yīng)變花。
[0010] 進(jìn)一步，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀為高精度多通道動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。
[0011] 進(jìn)一步，支撐裝置為彈性元件。
[0012] 進(jìn)一步，應(yīng)變片粘貼在工件上的分布有峰值殘余應(yīng)力的位置。
[0013] 用于確定振動(dòng)時(shí)效激振頻率的方法包括W下步驟：
[0014] (1)通過X射線衍射法獲取工件的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)，確定峰值殘余應(yīng)力在工件上 的具體位置，并在殘余應(yīng)力峰值處粘貼應(yīng)變片。
[0015] (2)將工件與激振器固定連接;通過支撐裝置對(duì)工件進(jìn)行支撐，W便激振器對(duì)工件 進(jìn)行激振;接通信號(hào)連線;接通電源。
[0016] (3)在工件彈性模量設(shè)置模塊中設(shè)置工件的彈性模量E(GPa);在附加動(dòng)應(yīng)力的臨 界闊值設(shè)置模塊中設(shè)置附加動(dòng)應(yīng)力的臨界闊值S(MPa)。
[0017] (4)應(yīng)變波形讀取模塊獲取動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀采集到的應(yīng)變波形;應(yīng)變識(shí)別模塊從應(yīng)變 波形中獲取應(yīng)變峰值ε(με);動(dòng)應(yīng)力檢測(cè)模塊中輸出的附加動(dòng)應(yīng)力與應(yīng)變峰值的轉(zhuǎn)換關(guān)系 為
[0018] (5)處理器控制信號(hào)發(fā)生器對(duì)工件進(jìn)行掃頻振動(dòng)，從而自動(dòng)獲取振動(dòng)時(shí)效的激振 頻率f。
[0019] 所述信號(hào)連線包括處理器與信號(hào)發(fā)生器W及動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀之間的信號(hào)連線、信號(hào)發(fā) 生器與驅(qū)動(dòng)器之間的信號(hào)連線、驅(qū)動(dòng)器與激振器之間的信號(hào)連線、應(yīng)變片與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀之 間的信號(hào)連線;所述電源包括處理器、驅(qū)動(dòng)器、信號(hào)發(fā)生器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀和激振器的電源。
[0020] 步驟(5)中，處理器控制信號(hào)發(fā)生器通過掃頻法自動(dòng)確定振動(dòng)時(shí)效的激振頻率f包 括W下步驟：
[0021] (5.1)處理器控制信號(hào)發(fā)生器的初始激振頻率時(shí)設(shè)置為OHz，然后處理器控制信號(hào) 發(fā)生器WlOOHz為掃頻步長(zhǎng)逐步增加信號(hào)發(fā)生器的輸出激振頻率;處理器分別記錄下每一 激振頻率時(shí)作用在工件上的附加動(dòng)應(yīng)力o(MPa);判斷是否〇〉δ，若是，則處理器記錄下該激 振頻率，并記為f 01;若否，則處理器繼續(xù)控制信號(hào)發(fā)生器對(duì)工件進(jìn)行掃頻振動(dòng)。
[0022] (5.2)處理器控制信號(hào)發(fā)生器的初始激振頻率設(shè)置為(時(shí)1-100)化，^10化為掃頻 步長(zhǎng)逐步增加信號(hào)發(fā)生器的輸出激振頻率;然后重復(fù)步驟(5.1)的過程，處理器得到〇〉δ時(shí) 的激振頻率;處理器記錄下該激振頻率，并記為f 02。
[0023] (5.3)處理器控制信號(hào)發(fā)生器的初始激振頻率設(shè)置為(。2-1(^化，^1化為掃頻步 長(zhǎng)逐步增加信號(hào)發(fā)生器的輸出激振頻率;然后重復(fù)步驟(5.1)的過程，處理器得到〇〉δ時(shí)的 激振頻率;處理器記錄下該激振頻率和附加動(dòng)應(yīng)力，分別為振動(dòng)時(shí)效的激振頻率f和激振頻 率f確定的時(shí)刻作用在工件上的附加動(dòng)應(yīng)力Of。
[0024] 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是：由處理器、信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)器、激振器、應(yīng)變片W及動(dòng)態(tài)應(yīng) 變儀構(gòu)成確定振動(dòng)時(shí)效激振頻率的系統(tǒng);通過X射線衍射法獲取工件的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)， 并在工件的殘余應(yīng)力峰值處粘貼應(yīng)變片;將粘貼好應(yīng)變片的工件與激振器相互固定連接； 通過支撐裝置對(duì)工件進(jìn)行支撐，W便激振器對(duì)工件進(jìn)行激振;處理器控制信號(hào)發(fā)生器對(duì)工 件進(jìn)行掃頻振動(dòng);處理器通過計(jì)算機(jī)接口讀取動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀采集到的應(yīng)變波形并獲取應(yīng)變波 形的峰值，然后計(jì)算出作用在工件上的附加動(dòng)應(yīng)力；當(dāng)附加動(dòng)應(yīng)力與附加動(dòng)應(yīng)力的臨界闊 值之間的關(guān)系滿足σ〉δ時(shí)，處理器記錄下該激振頻率f，并在該激振頻率下對(duì)工件進(jìn)行振動(dòng) 時(shí)效處理。
[0025] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0026] 1、能夠在工件殘余應(yīng)力峰值處粘貼應(yīng)變片，進(jìn)而通過本發(fā)明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)確定振動(dòng) 時(shí)效的激振頻率，能夠提高振動(dòng)消除局部峰值殘余應(yīng)力的效果。
[0027] 2、通過振動(dòng)時(shí)效激振頻率確定系統(tǒng)確定的激振頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行定 位和定向消除，因此本發(fā)明提供了一種殘余應(yīng)力振動(dòng)定位和定向消除的方法。
[0028] 3、能夠?qū)?dòng)態(tài)應(yīng)變儀輸出的應(yīng)變波形轉(zhuǎn)換為附加動(dòng)應(yīng)力值，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲知作 用在工件上的附加動(dòng)應(yīng)力;處理器根據(jù)附加動(dòng)應(yīng)力，自動(dòng)確定激振頻率;確定激振頻率和附 加動(dòng)應(yīng)力的過程全部由處理器自動(dòng)完成，無需手動(dòng)操作，減少了工作量，提高了工作效率。
【附圖說明】
[0029] 圖1確定振動(dòng)時(shí)效激振頻率的系統(tǒng)示意圖。
[0030] 圖2Ξ向順時(shí)針應(yīng)變花示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 參照附圖，進(jìn)一步說明本發(fā)明：
[0032] 確定振動(dòng)時(shí)效激振頻率的系統(tǒng)，包括處理器、信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)器、激振器1、應(yīng)變 片2、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、支撐裝置4;激振器1固定在工件3表面，工件3安裝在具有彈性的支撐裝置 4上;處理器控制信號(hào)發(fā)生器輸出幅值和頻率均獨(dú)立且連續(xù)可調(diào)的正弦激振信號(hào)；信號(hào)發(fā)生 器輸出的正弦激振信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)器中，驅(qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)激振器1產(chǎn)生振動(dòng)。
[0033] 應(yīng)變片2粘貼在工件3上，應(yīng)變片2的引出線與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的輸入通道連接，動(dòng)態(tài)應(yīng) 變儀的輸出端與處理器連接。
[0034] 處理器包括獲取動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀采集到的應(yīng)變波形的應(yīng)變波形讀取模塊，從應(yīng)變波形 中獲取應(yīng)變峰值ε(με)的應(yīng)變識(shí)別模塊，工件3彈性模量設(shè)置模塊，將應(yīng)變峰值轉(zhuǎn)換為附加 動(dòng)應(yīng)力的動(dòng)應(yīng)力檢測(cè)模塊，附加動(dòng)應(yīng)力的臨界闊值設(shè)置模塊，W及附加動(dòng)應(yīng)力判斷模塊。
[0035] 工件3彈性模量設(shè)置模塊中預(yù)設(shè)有工件3的彈性模量E(GPa);附加動(dòng)應(yīng)力與應(yīng)變峰 值的轉(zhuǎn)換關(guān)系為
其中，0表示附加動(dòng)應(yīng)力，通過處理器的顯示界面顯示給用 戶。
[0036] 應(yīng)變片2為Ξ向順時(shí)針應(yīng)變花。
[0037] 動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀為高精度多通道動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。
[0038] 支撐裝置4為彈性元件。
[0039] 應(yīng)變片2粘貼在工件3上的分布有峰值殘余應(yīng)力的位置。
[0040] 用于確定振動(dòng)時(shí)效激振頻率的方法包括W下步驟：
[0041 ] (1)通過X射線衍射法獲取工件3的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)，確定峰值殘余應(yīng)力在工件