[发明专利]基于变形测试的钛合金薄壁件残余应力分布反向识别方法

说明书

本发明公开一种基于变形测试的钛合金薄壁件残余应力分布反向识别方法：步骤1、建立端铣残余应力双曲正切函数模型；将端铣参数对应到所述端铣残余应力双曲正切函数模型中，建立两者的映射关系；步骤2、根据步骤1中的端铣残余应力双曲正切函数模型，建立薄壁类零件端铣残余应力的诱导弯矩模型，从而推导出端铣残余应力的理论变形挠度，建立端铣残余应力双曲正切函数模型与所述理论变形挠度之间的对应关系；步骤3、测量端铣后表面一点残余应力以及不同进刀方向的变形挠度，结合步骤1中得到的所述映射关系、和所述步骤2中得到的所述对应关系，建立铣削残余应力的反向识别算法。解决了现有残余应力多项式表征模型，在实际应用上较为困难的问题。

技术领域

本发明属于钛合金切削残余应力变形控制领域，具体涉及一种基于变形测试的钛合金薄壁件残余应力分布反向识别方法。

背景技术

钛合金由于综合力学性能和工艺性能良好的优点，主要用于制作飞机结构中承载大、温度高的特殊载荷部件，如发动机的承载框、挂架、起落架舱框等。在多方面因素共同作用下，钛合金在加工和应用时，不可避免地会产生残余应力。加工残余应力的形成是在机械作用力与热效应共同作用下，材料内部部分产生塑性变形，由于各部分的金相组织体积变化不协调，使得材料内部的晶粒体积发生变化等，最终达到一种应力平衡状态。由于材料内部残余应力的存在，不仅使成形零件的疲劳强度，静力强度和抗腐蚀能力等受到一定的影响，还会使薄壁类工件发生一定的变形，而且是影响零件尺寸稳定性的主要因素。如果钛合金应用在飞机之类的大型产品时，若材料内部的残余应力过大时，会直接或间接影响安全性，造成重大损失。残余应力的存在一方面会造成材料性能及其稳定性变化，增加加工的难度，另一方面，如果能控制其分布，或者能预测其分布则可以对其进行有利的应用。切削作为钛合金加工中比例最大的加工方式，容易产生铣刀崩刃，耐用度底等问题，经过大量的切削加工后，由残余应力的释放而导致的加工变形问题非常严重，使得钛合金的切削加工受到普遍关注。因此，研究切削加工后残余应力的分布，有利于降低由钛合金加工残余应力发生事故的概率。建立起一种钛合金端铣残余应力分布的反演方法，有助于降低钛合金铣削后残余应力所产生的一系列问题，保证钛合金性能的稳定性及其加工的可靠性对航空航天有着重要意义。

现有的钛合金铣削残余应力分布预测方法，主要是基于指数衰减函数(或是多项式函数)，其主要步骤为：1、确定铣削残余应力场函数模型，2、确定残余应力场控制因子与铣削工艺参数关系模型，3、选择铣削工艺参数并进行编码，4、设计试验方案，进行铣削试验，5、残余应力场测试，6、求解残余应力场控制因子等。对于现有的学者采用的残余应力多项式表征模型，由于其表达式十分复杂而且待定的系数过多，因而在实际应用上较为困难，不利于推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于变形测试的钛合金薄壁件残余应力分布反向识别方法，以解决现有残余应力多项式表征模型，在实际应用上较为困难的问题。

本发明采用以下技术方案：基于变形测试的钛合金薄壁件残余应力分布反向识别方法，按照以下内容实施：

步骤1、建立端铣残余应力双曲正切函数模型；将端铣参数对应到所述端铣残余应力双曲正切函数模型中，建立两者的映射关系；

步骤2、根据步骤1中的端铣残余应力双曲正切函数模型，建立薄壁类零件端铣残余应力的诱导弯矩模型，从而推导出端铣残余应力的理论变形挠度，建立端铣残余应力双曲正切函数模型与所述理论变形挠度之间的对应关系；

步骤3、测量端铣后表面一点残余应力以及不同进刀方向的变形挠度，结合步骤1中得到的所述映射关系、和所述步骤2中得到的所述对应关系，建立铣削残余应力的反向识别算法。

进一步的，所述步骤1的中，端铣残余应力双曲正切函数模型为：