[发明专利]一种由残余应力释放引起的板类零件翘曲变形的计算方法

摘要

为了提高板类零件的制造精度，在制造阶段提前获取零件的变形信息，提出了一种由残余应力释放引起的板类零件翘曲变形的计算方法。该方法基于弹性力学和板壳理论，通过将残余应力释放等效为板边缘施加的均布力矩，计算了板类零件在加工过程中的翘曲变形情况。基于该方法的计算结果，可以预测不同形式的板类零件的制造误差，为提高制造精度提供理论依据。

主权项

一种由残余应力释放引起的板类零件翘曲变形的计算方法，其特征在于基于弹性力学和板壳理论，通过将残余应力释放等效为板边缘施加的均布力矩，计算了板类零件在加工过程中的翘曲变形情况。该方法的优点在于：(1)本发明提出的计算方法基于弹性力学和板壳理论，考虑了两个方向残余应力的耦合作用，比传统基于材料力学提出的计算方法更加接近实际，具有更高的计算精度；(2)该方法不仅可以计算纯板的翘曲变形，可以计算由矩形板毛坯加工而成的各种形式的板类、框类、梁类零件的翘曲变形，计算方法的使用范围从特殊的整板推广到一般的板类零件；(3)该方法采用有限元方法和解析方法相结合，由于无需“杀死单元”和定义初始应力等步骤，有限元计算部分为简单的静力线性计算，计算效率明显高于需要考虑非线性系统的有限元计算方法。该方法的具体步骤如下：步骤一：通过残余应力测量方法获得矩形毛坯沿层深方向各层的残余应力，各层应有X和Y双向的残余应力值；步骤二：在三维建模软件中，依据零件和毛坯的三维模型，获取零件在逐层去除材料过程中，每层的去除比例fi；步骤三：建立零件逐层去除材料过程中的剩余工件三维模型，设共需要去除k层材料，则需建立k个剩余工件的三维模型，第k个三维模型即为加工完成后的工件模型；步骤四：将第三步骤建立的k个三维模型分别导入有限元软件中，分别计算这k个剩余工件在X和Y方向的等效厚度值heqvxi和heqvyi。具体的建模和计算步骤如下：1)在有限元软件中建立或导入第i层材料被去除后的工件三维模型；2)建立工件有限元模型(定义单元类型、划分网格、定义材料属性等)；3)计算X方向等效厚度值时，对一短边的端面施加全约束，并对另一短边的棱施加沿厚度方向的均布集中力，计算Y方向等效厚度值时，对一长边所在的端面施加全约束，并对另一长边所在的面施加沿厚度方向的均布集中力；4)求解并计算工件在此工况下的最大变形；步骤五：根据式(1)和(2)计算获得的工件在加工过程中的等效厚度值；heqvxi=(4qL3defxiE)1/3---(1)]]>heqvyi=(4qL3defyiE)1/3---(2)]]>步骤六：将计算获得的等效厚度代入式(3)‑(7)，计算得到切去各层过程中X方向的翘曲曲率情况和剩余工件的应力重分布情况，Y方向的翘曲曲率和剩余工件应力重分布同理可得。1Rx,i-1-1Rx,i=6thifi(σx,i-1,1-μσy,i-1,1)Eheqvxi+13,---(3)]]>axi=ayi=heqvxi(3hi+hi+1)6hi,---(4)]]>Sxi=-(3hi+hi+1)tσx,i-1,1hi+12,---(5)]]>Sx,i,j=Sxiaxi[axi-(j-i+t2)](j=i,i+1...,n-1),---(6)]]>σx,i,j=σx,i+j-Σk=1iSx,k,i+j-1,(j=1,2...,n-i).---(7)]]>步骤七：根据计算得到的X和Y方向的翘曲曲率，通过式(8)计算可得工件各点的翘曲情况。wi(x,y)=12Rx,ix2+12Ry,iy2,(-L2≤x≤L2,-W2≤x≤W2)---(8)]]>步骤一至七各式中，i＝1,3…,k。