弯扭耦合振动时效机理及其工艺参数的选择

发布时间：2017-05-27 11:26

  本文关键词：弯扭耦合振动时效机理及其工艺参数的选择，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：工件在生产和加工过程中都会产生残余应力,残余应力对工件有多方面的负面影响。为了减小残余应力造成的各种不利影响,调整和消减残余应力就成了一项必不可少的工作。振动时效以其节能高效无污染的特点,已逐渐成为消减工件残余应力的一种重要方法。并且“加载的动应力与残余应力的叠加大于材料的屈服极限强度可获得残余应力的减小”这一准则也已经过长期实践验证。振动时效虽然拥有独特的优势,但是由于许多高刚度工件的固有频率(最低)远远高于现行振动时效设备所能产生的激振频率(都小于200Hz),现行的振动时效装置无法使高刚度工件产生共振及相应的动应力,导致高刚度工件无法使用振动时效的方法消减残余应力。如果能找到合适的振动方式,使得高刚度工件也能通过振动时效的方式消减残余应力,就能够扩大振动时效的应用范围。转子存在偏心距时,弯曲振动和扭转振动会相互影响产生耦合振动。一般情况下外加激励与物体固有频率相等时,物体受迫振动的振幅最大达到共振,但是这种耦合振动的共振条件却并非如此,并不要求外加激励频率达到转子的固有频率。如果能够把这种振动方式应用到高刚度工件的振动时效中,以弯扭耦合共振的形式使工件达到共振状态,从而满足消减残余应力所需要动应力条件,就能够解决高刚度工件的振动时效问题。面对上述情况,本文将转子的弯扭耦合振动理论应用到振动时效工艺中,分析了扭转振动、弯扭振动产生耦合共振的条件,比较了各振型共振振幅的大小。然后综合考虑现有设备所能提供的激励频率和共振产生的动应力,确定了弯扭耦合振动时效的主共振振型和此时的动应力分布规律,提出了弯扭耦合振动时效机理。最后以高刚度工件轧辊为例,计算了弯扭耦合共振时效所需要的外加力矩,为高刚度工件的振动时效工作提供了思路和依据。主要进行了如下工作：(1)采用Lagrange方程法进行建模,分析了耦合力和外加激励的影响,通过分析方程得到了弯扭耦合共振需要满足的频率条件。(2)用小参数法对弯扭耦合振动方程进行求解,并对各振型的振幅进行定性和定量的比较,确定了弯扭耦合振动时效的主共振振型。(3)应用材料力学的梁变形理论、组合应力下的强度理论和循环应力作用下的疲劳理论,计算了工件在弯扭耦合共振时的应力状态,从应力的角度提出了弯扭耦合振动时效的机理,得到了弯扭耦合振动时效各参数之间应满足的关系。(4)通过对某型号轧辊进行实例计算,基于软件Matlab建立了转子弯扭耦合振动的simulink动力学仿真模块,分析了各参数对弯扭耦合振动特性的影响和耦合共振振幅达到最大的条件。在弯扭耦合振动条件下,具体计算了不同位置点受到外加激励达到共振状态时的总应力,验证了前文提出的弯扭耦合振动时效消除工件残余应力的机理,为实际应用提供了依据。
【关键词】：振动时效 弯扭耦合振动 残余应力 高刚度工件 机理
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG156.92;TH113.1

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本文编号：399837