[发明专利]一种钛合金喷丸强化残余压应力场的预测方法

摘要

本发明涉及一种钛合金喷丸强化残余压应力场的预测方法，该方法系基于特征参数和余弦衰减函数而预测钛合金喷丸强化残余压应力场，其主要步骤为1确定喷丸强化残余压应力场特征参数模型，2确定喷丸强化残余压应力场余弦衰减函数模型，3确定残余压应力场控制因子与喷丸强化工艺参数关系模型，4选择喷丸强化工艺参数并进行编码，5设计试验方案，进行喷丸强化试验，6残余压应力场测试，7求解残余压应力场特征参数模型，8求解残余压应力场控制因子等。本发明以喷丸强化工艺参数为输入条件，通过模型系数求解，即可获得该喷丸强化工艺参数下的残余压应力沿表面下深度分布情况，该预测方法简单可靠，预测速度快、准确度高，免去了大量繁琐的试验，规避了有限元法和物理解析法的困难，适用于广大工程技术人员。

主权项

一种钛合金喷丸强化残余压应力场的预测方法，其特征在于：该预测方法系基于特征参数和余弦衰减函数而预测钛合金喷丸强化残余压应力场，其步骤如下：步骤1：确定喷丸强化残余压应力场特征参数模型将钛合金材料的表面残余压应力σsrs、最大残余压应力σmcrs、最大残余压应力距表面距离Zm、残余压应力场深度Z0，作为表征残余压应力场的四个特征参数，并用二次多项式模型表征残余压应力场特征参数与喷丸强化工艺参数的关系；式中，cii是工艺参数系数；X1，X2为喷丸强度和覆盖率的编码值；步骤2：确定喷丸强化残余压应力场余弦衰减函数模型用余弦衰减函数对残余压应力曲线进行描述；σ(h)＝Ae‑λhcos(ωdh+θ)式中，σ为残余压应力；h为表面下深度；A为残余压应力初始值；λ为衰减系数，决定着残余压应力场衰减到稳定值附近的快慢程度；ωd为振动系统的固有角频率，决定着残余压应力峰值的锐利程度，频率越大，残余压应力峰值越尖锐；θ为初始相角；[A，λ，ωd，θ]定义为残余压应力场控制因子；步骤3：确定残余压应力场控制因子与喷丸强化工艺参数关系模型二者的关系模型如下：式中，miX是工艺参数X对残余压应力场控制因子i的影响因子；步骤4：选择喷丸强化工艺参数并进行编码选取喷丸强度和表面覆盖率作为自变量，并进行编码；X1＝(fA‑fA0)/(fA+1‑fA0)X2＝(C‑C0)/(C+1‑C0)式中，fA，C为喷丸强度和覆盖率的实际值；fA0，C0为编码值0处的实际值；fA+1，C+1为编码值+1处的实际值；步骤5：设计试验方案，进行喷丸强化试验根据喷丸强度和覆盖率的编码值，根据可旋转外切中心复合响应曲面法进行试验设计，并完成喷丸强化试验；步骤6：残余压应力场测试采用X射线衍射法对不同喷丸强化工艺参数下的残余压应力进行测量；步骤7：求解残余压应力场特征参数模型分析步骤6中得到的数据，绘制残余压应力沿表面下深度变化曲线，提取残余压应力场特征参数，采用多元线性回归分析求解残余压应力场特征参数与喷丸强化工艺参数的关系模型；步骤8：求解残余压应力场控制因子根据步骤7中绘制的残余压应力沿表面下深度分布曲线，基于最小二乘法，采用步骤2中的余弦衰减函数拟合该曲线，得到不同喷丸强化工艺参数下的残余压应力场控制因子；步骤9：求解残余压应力场控制因子与喷丸强化工艺参数关系模型采用多元线性回归分析求解残余压应力场控制因子与喷丸强化工艺参数的关系模型；步骤10：模型的应用及验证在所选喷丸强化工艺参数范围内，任取一组喷丸强度和覆盖率进行喷丸强化试验，对喷丸强化残余压应力场进行测试，获得残余压应力场试验值；步骤11：将所选喷丸强化工艺参数按步骤4进行编码，将编码值带入步骤7求解的残余压应力场特征参数模型，即可获得残余压应力场特征参数的预测值；步骤12：将编码值带入步骤9求解的残余压应力场控制因子与喷丸强化工艺参数的关系模型，即可求得残余压应力场控制因子；步骤13：将残余压应力场控制因子和归一化后的表面下深度带入步骤2中的余弦衰减函数模型，即可获得该深度下归一化后的残余压应力值；步骤14：最后按照步骤8中的归一化公式对表面下深度和残余压应力值进行解码，得到残余压应力沿表面下深度分布曲线；步骤15：将残余压应力场模型预测值与试验测试值进行比较，验证模型的准确性。