[发明专利]基于反馈控制的在役结构件振动时效系统及方法

说明书

基于反馈控制的在役结构件振动时效系统包括上位机系统、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、加速度传感器、电荷放大器、示波器、声发射传感器、前置放大器、滤波器、主放大器、数据采集卡和支撑装置。基于反馈控制的在役结构件振动时效方法通过比对实测得到的声发射信号特征与裂纹形成和扩展的声发射信号特征数据库中存储的声发射信号特征数据，当这两者具有相似的特点时，会产生控制信息，最终达到调整振动时效工艺参数以确保对在役结构件进行安全振动时效处理的目的。本发明提出的基于反馈控制的在役结构件振动时效系统及方法具有能够对在役结构件进行安全振动时效处理以及扩展振动时效的应用范围的优点。

技术领域

本发明涉及振动时效技术领域，特指一种基于反馈控制的在役结构件振动时效系统及方法，尤其适用于含裂纹缺陷的在役结构件。

技术背景

在目前的残余应力消除方法中，振动时效技术由于消除效果好、节能环保、易于现场操作、效率高等优点而备受机械加工制造技术领域的企业的青睐。振动时效技术是利用输入的振动能量使构件产生塑性变形，从而达到消除残余应力的目的。然而结构件在制造加工以及日常运作的过程中，难免会产生一定的损伤，从而在材料内部产生缺陷，最为典型的就是在材料内部产生裂纹缺陷。若对这类存在裂纹缺陷的结构件，尤其是在役结构件进行振动时效处理时，输入的振动能量不合适可能导致结构件内部的裂纹缺陷进一步扩展开来，甚至导致结构件发生断裂。对于在役结构件，尤其是对含裂纹缺陷的在役结构件进行振动时效处理时，必须关注裂纹缺陷在振动载荷作用下的状态，并且在制定振动时效工艺参数时，应以裂纹缺陷不扩展开来作为临界条件(即裂纹缺陷在振动载荷作用下能够稳定存在，而不进一步扩展开来)，这就需要在确定振动时效工艺参数时，同时采集回来能够反映结构件裂纹缺陷状态的信号，并对裂纹缺陷状态信号进行分析，从而制定更加合理的振动时效工艺参数，即将采集回来的能够反映结构件裂纹缺陷状态的信号反馈到振动时效系统中，从而使得振动时效系统形成一个闭环控制系统。然而，目前应用的振动时效系统都是开环系统，在制定振动时效工艺参数时并不考虑结构件内部是否存在裂纹缺陷，这样制定的工艺参数进行振动时效处理时很容易导致结构件产生一定的损伤(振动能量过大引起结构件的损伤或振动时间过长产生累积损伤)，因此如果采用目前的振动时效系统对在役结构件，尤其是含裂纹缺陷的在役结构件进行振动时效处理时，很容易加速在役结构件内部裂纹缺陷的进一步扩展，从而降低在役结构件的使用寿命。综上所述，采用什么类型传感器采集何种能够反映结构件裂纹缺陷状态的信号，并将该信号反馈到振动时效系统中，作为振动时效工艺参数制定的依据，使振动时效系统形成闭环控制系统，从而得到合理的振动时效工艺参数，已经成为目前振动时效系统在实践应用中迫切需要解决的一个关键问题，也严重制约着振动时效系统在在役结构件，尤其是在含裂纹缺陷的在役结构件上的应用。

结构件在受载荷作用的过程中产生裂纹时，以弹性波形式释放出应变能的现象，称为声发射。利用接收声发射信号，对结构件进行动态无损检测的技术，称为声发射技术，且目前声发射技术已经被广泛应用于检测裂纹的形成和扩展。而在役结构件，尤其是含裂纹缺陷的在役结构件在振动时效处理过程中失效破坏的主要形式是裂纹的形成与扩展，属于典型的声发射源。我们不难发现，将声发射技术应用于检测在役结构件，尤其是应用于含裂纹缺陷的在役结构件在振动时效过程中裂纹是否形成以及是否进一步扩展是可行的，因此本发明中将声发射技术引入到目前的振动时效系统中，从而在此基础上提出一种基于反馈控制的在役结构件振动时效系统及方法，能够克服现有开环型振动时效系统及方法在制定振动时效工艺参数时并不考虑结构件内部是否存在裂纹缺陷的不足，从而使得在役结构件，尤其是含裂纹缺陷的在役结构件的安全振动时效处理成为可能，最终助力振动时效技术的推广与应用，且为振动时效系统及方法的研究提供新的思路与方向。

发明内容