[发明专利]铝合金厚板淬火应力场分布的修正方法

权利要求书

1.铝合金厚板淬火应力场分布的修正方法，包括下述步骤：

第一步：铝合金厚板淬火表面换热系数的数据采集和处理

将铝合金厚板淬火获得淬火降温时域曲线，将时域曲线以时间步长Δτ进行离散，假设各离散区间厚板的初始温度内外一致，按式（1）、式（2）换热系数hi解析求解，得到顺序离散区间的换热系数hi。

φφ0=T-TfT0-Tf=Σn=1∞2sinλnδλnδ+1/2sin2λnδe-(λnδ)2(aτ/δ2)······(1)]]>

cotλnδ=λnδhiδ/λ0······(2)]]>

对h_i按式（3）进行分段加权平均，得到厚板淬火表面总的换热系数h(T)的函数：

h(T)=Σx=0ihxκx......(3)]]>

式（1）、（2）、（3）中：

T_f、T₀、T、θ－分别为环境温度、板初始温度、板内温度和过余温度；

a、k、h、τ，i－分别为放热系数、热传导率、换热系数、淬火时间，离散个数；

λ_n、δ—分别为超越方程的前n级解、二分之一板厚；

κ—表示加权系数；

第二步：进行厚板淬火仿真建模，获得理论应力场

运用MSC.Marc或ANSYS非线性有限元软件进行仿真建模；

A、淬火温度场仿真建模:

(a)建模几何尺寸、物热属性及初始条件应与实验厚板几何尺寸、物热属性和热处理温度条件一致；

(b)将第一步计算得到的表面换热系数结果导入温度场模型中，作为厚板淬火温度场建模边界条件；

(c)由于厚板形状规则，由对称关系，取二分之一长度进行建模，无约束；

(d)在模型的中部设置与实验试样尺寸一致的取样模块，取样应用“生死单元”技术；

(e)模型均采用8节点6面体3D实体单元，热场单元类型为43号。

根据淬火温度场模型，得到厚板淬火温度场；

B、淬火应力场仿真建模:

(a)建模几何尺寸、物热属性、网格划分方法、单元个数、取样方法与温度场建模一致；

(b)将淬火温度场作为淬火应力场初始条件；

(c)由于厚板形状规则，由对称关系，取二分之一长度进行建模仿真，约束条件为：在厚板对称面的单元面上约束三个坐标方向位移；

(d)模型均采用8节点6面体3D实体单元，力场为7号；

根据有限元数值计算规则，按计算结果满足收敛条件，设置迭代次数、时间步长、容限误差参数，计算获得理论温度场和理论应力场结果；

第三步：对淬火厚板试样进行表面应力标定

将厚板试样加热至固溶温度T₀，保温后淬火，按X-ray衍射技术进行表面应力标定，对标定的表面应力值进行数据统计，得到厚板试样表面应力平均值；

第四步：修正淬火仿真模型热边界条件，获得参考应力场

将第三步得到的表面应力平均值与第二步得到的表面理论应力值进行比对，根据比对结果调整换热系数函数h(T)，使表面理论应力值与表面应力平均值偏差小于±10MPa，得到调整后的换热系数函数h(T)，进而修正淬火仿真模型热边界条件，获得参考应力场；

第五步：按层削法测定厚板实验应力场

逐层铣削第三步所得的淬火厚板试样，获得逐层应变值，根据弹性力学中的应力-应变关系，计算得到厚板平面X、Y两个方向逐层应力值c_x(t)、c_y(t)：

再运用式（4）、（5）将这些应力值拟合得到厚板应力场函数：

σx(z)=Σi=0nAiPi.....(4)]]>

σy(z)=Σj=0mBjPj.....(5)]]>

其中Pi=(tz)i,]]>Pj=(tz)j]]>

t—剥除层厚度；c(z)—板厚z处的应力；多项式待定常系数Ai、Bi；z为厚板深度；n、m为多项式阶次；

第六步：将第五步实测变形量与第四步参考应力场对应的理论变形量比对，得到离散的变形量误差数值，对各离散变形量误差数值拟合为随层深变化的应力误差函数（6）：

f(z)=Σi=0nKizi---(6)]]>

将应力误差函数（6）代入第五步所得实验应力场函数（4）、（5）中，得到修正后的应力场函数（7）、（8）；

σx(z)=f(z)·Σi=0nAiPi---(7)]]>

σy(z)=f(z)·Σj=0mBjPj---(8).]]>