科技工作者在动应力参数选取方面进行了大量的研究工作,得出了σ动+σ残Eσs;σ动Fσ-1 必须同时满足的条件,还有文献提出了过载系数法、1/2载荷法等。这些方法都带有一定的经验性和模糊性,缺泛科学的理论根据,实际操作性差。这里将根据非对称循环载荷下构件的古得曼(Goodm an)应力范围图,分析得出具有不同初始残余应力的构件在振动时效时其动应力选取应满足的关系 式,为实际操作中针对不同残余应力构件振动处理时动应力的选取提供了具体的依据。1振动时效 载荷的形式振动时效时构件所承受的载荷由两部分组成:一部分是构件本身的残余应力;另一部分 是施加在构件上的动应力。构件的残余应力相当于一平均应力;构件振动的动应力来自激振装置的激振力,对于机械式激振装置,激振力就是偏心质量旋转产生的离心力犤F=mew2Sin(wt)犦,该应力为对称循环应力,两者叠加后应为不对称循环应力,故构件内各点 的应力应为不对称循环应力(如图1所示)。图中:σmax—循环中的最大应力;σmin—循 环中的最小应力;σm—平均应力,σm=12(σmax+σmin);σa—循环应力幅值, σa=12(σmax-σmin);r—应力比(循环特征),r=σmin/σmax;由图 1可见:1)当σm>0时,σa<σmax;当σm<0时,σa>σmax。所以在考虑振动 时效构件受应力循环水平时,不仅要考虑动应力的振幅,同时还要考虑其平均应力(残余应力)水 平,在同一δa条件下,σm值越大,σmax值越高,则构件的疲劳寿命越短。2)σmin≠ σmax,故r≠-1。综合以上两点原动应力选取条件中的σ动≤σ-1应改为:σ动+σ残Fσr。图1振动时效应力循环图2振动时效动应力参数的选取原则2.1古得曼(Goodman)应力范围图的绘制根据被振动件的材料,在手册中查出该材料的抗拉强度σb、屈服强度σs 以及该材料在无平均应力条件下经N次循环发生断裂的疲劳强度σN,然后按照古得曼应力范围图 的绘制程序(因篇幅关系这里不介绍古得曼应力范围图的绘制)画出古得曼应力范围图(如图2所 示)。图2古得曼应力范围图2.2动应力选取判别式的推导为便于分析,将古得曼应力范围图划 分为四个区域:a、b、c和d区。这四个区域的界限分别为:a区:-σsFσmFσab;b区:σabFσmF0;C区:0Fσm Fσcd;d区:σcdFσmFσs。σab和σcd分别为区分a—b和c—d区域的界限应力 。由图上三角形关系得:σσbcd=σσbs--σσNN;令r=σσNb,则σcd=σ1s--rσN;而σab=σN-σs。由图2可看出各区域的疲劳破坏应力线为:区域a中的GF线,σmin=-σs…(1);区域b中的FE线,σmin=σm-σN…(2);区域c中的A B线,σmax=σN+σmσb-σN(σ)b或σmax=σN+σm(1-r)…(3);区 域d中的BC线,σmax=σs…(4)。可以看出式(1)～(4)为各个区域发生疲劳损坏 的界限条件。又因σm21(σmax+σmin)…(5),将式(5)代入式(1)～(3) 各个区域不发生疲劳破坏的判别式如下:区域a:σmaxFσs+2σm…(6);区域b:σ maxFσN+σm…(7);区域c:σmaxFσN+(1-r)σm…(8);区域d:σ maxFσs…(9)。再由σmax=σm+σa可得出不同被始残余应力状态下振动时效动应 力的选取判别式(如表1所示)。3结论(1)通过这里的分析可以看出不同初始残余应力条件下 ,动应力的选取判别式是不同的,不能简单的采用同时满足σ动+σ残Eσs;σ动Fσ-1的原 则,否则会因动应力过大造成构件动应力选取判别式σaFσs+σmσaFσNσaFσN-r σmσaFσs-σm劳损伤或动应力不足影响振动效果。(2)加在构件上的循环载荷引起的应 力振幅若超出古得曼力范围图的范围,则其疲劳寿命降低;否则有利于提高其疲劳命。(3)得出 了表1所示的不同初始残余应力条件下的动应力取判别式,减少了动应力选取的盲目性。表1不同 初始残余应力条件下动应力选取一览表序号1234构件初始残余应力范围-σsFσmF(σN-σs)(σN-σs)FσmF00FσmFσ1s--σN()rσs-σN1-()rFσmFσs振动时效动应力参数选取的探讨@陈永岭$北京科技大学!北京100083
@尹忠俊$北京科技大学!北京100083这里根据非对称循环载荷下的古得曼(Goodman )应力范围图,分析了在不同初始残余应力(平均应力)前提下,构件振动时效时动应力的选取应 满足的条件。使当前普遍被认可的动应力参数选取原则(σ动+σ残Eσs;σ动Fσ-1)更加 具体可操作化,并对其进行了修正。振动时效;;动应力;;参数1王仁智.吴培远.疲劳失效分析(基础—4).北京:机械工业出版社,1987.
2钟群鹏.田永江.失效分析基础知识(基础—2).北京:机械工业出版社,1990.
3高葛.张锁怀.对振动时效三个主要参数的探讨.现代制造工程,2004(5).
4沈剑.朱世根.振动时效工艺参数及其选择.现代铸铁,1998(3).
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