[发明专利]一种振动时效效果的在线定量化评价系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及振动时效技术领域，特指一种振动时效效果的在线定量化评价系统及方法。

技术背景

振动时效效果的评价是振动时效技术领域研究的关键问题之一，所谓振动时效效果是指振动时效消除残余应力的效果。目前振动时效效果的评价方法主要包括：参数曲线法、残余应力测量法和精度稳定性检测法。

(1)参数曲线法：参数曲线法是根据振动时效过程中参数发生有规律的变化现象总结出来的，能够对振动时效技术的效果进行在线定性评价，所用的评价准则主要包括：振动时效处理后扫频曲线的共振峰值比振动时效处理前升高；振动时效处理后扫频曲线的共振频率比振动时效处理前降低；振动时效处理后扫频曲线的带宽比振动时效处理前变窄。参数曲线法虽然是一种在线、直观、快速便捷的方法，但是这种方法只能对振动时效的效果进行定性的描述，而不能给出定量化的评价结果。(2)残余应力测量法：为了准确的评价振动时效技术消除残余应力的效果，就需要准确地评估构件振动时效前后的残余应力，然而构件内部的残余应力分布情况，特别是一些复杂构件内部残余应力的分布状态，很难采用理论计算的方法进行分析求解，所以采用实验测量的方法评估构件内部的残余应力具有非常重要的现实意义。目前残余应力的实验测量方法主要包括无损的物理测量法和有损的机械测量法，能够离线的评估构件振动时效处理前后的残余应力。残余应力测量法属于离线的评价方法，只能在振动时效过程结束后对振动时效效果进行评价。(3)精度稳定性检测法：精度稳定性检测法是通过检测构件振动时效处理后的精度来评价振动时效技术的效果，能够对振动时效技术的效果进行离线定性的评价，主要包括长期放置精度法、加动载荷后精度法等。长期放置精度法是将经过振动时效处理后的构件长期放置并且定期检测构件的尺寸稳定性，具体操作流程是在放置15天时第一次检测，以后每隔30天检测一次，总的放置时间应该在半年以上；加动载荷后精度法是检测经过振动时效处理后的构件在动载荷作用后的尺寸精度的变化量。精度稳定性检测法也属于离线、定性的评价方法，并且这种方法需要的评估周期很长。综上所述，我们不难发现这些方法虽然能够对振动时效的效果进行定性或定量的评价，但是都无法对振动时效的效果进行在线定量化评价。

发明内容

为了克服现有振动时效效果的评价方法无法实现振动时效效果在线定量化评价的不足，本发明提出一种振动时效效果的在线定量化评价系统及方法。

振动时效效果的在线定量化评价系统，包括上位机系统、信号发生器、驱动器、激振器、加速度传感器、电荷放大器、示波器、支撑装置；工件与激振器固定连接，并且采用具有弹性的支撑装置对工件进行支撑；上位机系统控制信号发生器输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激振信号；信号发生器输出的正弦激振信号经由驱动器输入激振器，从而驱动激振器产生振动；加速度传感器安装在工件上，加速度传感器的输出端与电荷放大器的输入通道连接，电荷放大器的输出通道与示波器连接，示波器与上位机系统连接。

上位机系统包括获取振动时效的激振频率f(kHz)的激振频率f获取模块，获取振动时效的激振时间t(min)的激振时间t获取模块，获取示波器显示的电压波形的电压波形获取模块，从电压波形中获取电压峰值U(V)的电压提取模块，将电压峰值转换为输出的加速度振级a(ms^-2)的振级a转换模块，将输出的加速度振级a转换为振动时效的激振幅值A(μm)的激振幅值A转换模块，将激振频率f、激振幅值A、激振时间t进行无量纲处理的无量纲处理模块，以及振动时效效果F与无量纲激振频率无量纲激振幅值无量纲激振时间之间的相互关系设置模块。

振级转换模块中预设有加速度传感器的灵敏度值s(pC/ms^-2)，电荷放大器输入通道的灵敏度系数S(pC/Unit)，放大系数K(Unit/V)；输出的加速度振级与电压峰值之间的转换关系为：输出的加速度振级与激振幅值之间的转换关系为：无量纲处理模块中预设有激振频率f与无量纲激振频率之间的转换关系激振幅值A与无量纲激振幅值之间的转换关系以及激振时间t与无量纲激振时间之间的转换关系其中f₀为1kHz，A₀为1μm、t₀为1min。

进一步，加速度传感器为压电式加速度传感器。

进一步，支撑装置为弹性元件。

振动时效效果的在线定量化评价方法包括以下步骤：