CN111460700B - 一种基于传递耗散修正的结构振动时效频率获取方法 - Google Patents

一种基于传递耗散修正的结构振动时效频率获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于传递耗散修正的结构振动时效频率获取方法,该方法包括如下步骤：S1、基于有限元手段的结构固有频率的确定；S2、基于焊接连接关系的耗散有效面的确定；S3.基于残余应力顺位的耗散面有效畸变率的确定；S4、基于耗散畸变率的耗散面有效固有频率的确定；S5、基于传递耗散修正的最佳振动时效频率计算。该方法检测精度高，对于在振动时效流程前精确获取待分析结构的最佳振动时效频率具有重要的现实意义。

Description

一种基于传递耗散修正的结构振动时效频率获取方法
技术领域
本发明涉及结构振动时效频率检测方法，特别涉及一种基于传递耗散修正的结构振动时效频率获取方法。
背景技术
随着工业的迅速发展，工件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响，若构件所受到的上述作用与影响不能随之完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内将形成残余应力；如焊接残余应力是焊件产生变形、开裂等工艺缺陷的主要原因，甚至可使焊缝特别是定位焊缝部分完全断开，造成严重的安全事故。目前，振动时效处理是工程材料常用的一种消除其内部残余内应力的方法，其使工件产生最大的振幅，得到最大的动应力和动能量，从而使工件中的残余应力消除的更彻底，工件获得的尺寸稳定性效果更好；传统方法是通过选择整体结构的固有频率作为最佳激振频率，但该方法得到的振动时效频率具有一定的局限性，不能够考虑不同焊接面连接关系对频率耗散过程的影响。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种基于传递耗散修正的结构振动时效频率获取方法。
技术方案：本发明提供一种基于传递耗散修正的结构振动时效频率获取方法，包括如下步骤：
S1、基于有限元手段的结构固有频率的确定；
S2、基于焊接连接关系的耗散有效面的确定；
S3、基于残余应力顺位的耗散面有效畸变率的确定；
S4、基于耗散畸变率的耗散面有效固有频率的确定；
S5、基于传递耗散修正的最佳振动时效频率计算。
进一步地，所述S1结构固有频率的确定方法如下：将建立完毕的结构有限元分析模型导入到有限元分析软件中，然后对其进行网格划分与边界约束条件的施加，待前处理完毕后，在谐响应模块中对该结构在前处理条件下的第三阶固有频率进行求解，标记为ω。
进一步地，所述S2耗散有效面的确定方法如下：在待分析的结构中，根据结构中不同平板面之间的焊接连接关系，对至少存在两条焊缝的平板面进行统计，并将这些平面作为后续计算过程中的耗散有效面，对其编号i进行标号，i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量。
进一步地，所述S3耗散面有效畸变率的确定方法如下：根据S2中确定的耗散有效面，采用残余应力测试装置对该结构中每个耗散面的残余应力值进行测量，并将第i个耗散有效面的残余应力值记为σri；其中i为耗散面编号，i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；然后计算每个耗散面所对应的残余应力顺位系数Si，
Figure BDA0002393417190000021
其中,Si为每个耗散面所对应的残余应力顺位系数；σri为第i个耗散有效面的残余应力值，i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；A为残余应力摄取面的最小长度，取值为0.1mm-1mm；C(σri)max为所有耗散面的残余应力值中的最大值；C(σri)min为所有耗散面的残余应力值中的最小值；
然后计算每个耗散面的顺位畸变率Ji，
Figure BDA0002393417190000022
其中，Ji为每个耗散面的顺位畸变率；Si为每个耗散面所对应的残余应力顺位系数；i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；C(Si)max为所有耗散面所对应的残余应力顺位系数中的最大值；C(Si)min为所有耗散面所对应的残余应力顺位系数中的最小值。
进一步地，所述S4耗散面有效固有频率的确定方法如下：根据S2中确定的耗散有效面，将每个单独耗散有效面的平板有限元分析模型导入到有限元分析软件中去，然后对其进行网格划分与边界约束条件的施加，待前处理完毕后，在模态模块中对第三阶固有频率进行求解，并标记为Hi；其中i为耗散面编号，i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；然后将S3中计算的顺位畸变率Ji与有限元分析软件中获得的Hi一起代入下式，求解基于耗散畸变率的耗散面固有频率修正值Ti，
Figure BDA0002393417190000023
其中，Ti为基于耗散畸变率的耗散面固有频率修正值；Hi为第三阶固有频率；Ji为每个耗散面的顺位畸变率；i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；C(Hi)max为第三阶固有频率中的最大值；C(Hi)min为第三阶固有频率中的最小值；C(Ji)max为所有耗散面的顺位畸变率中的最大值；C(Ji)min为所有耗散面的顺位畸变率中的最小值。
进一步地，所述S5中最佳振动时效频率计算方法如下：将S1中的结构第三阶固有频率ω与S4中的耗散面固有频率修正值Ti代入下式，求解最佳振动时效频率f，
Figure BDA0002393417190000031
Figure BDA0002393417190000032
其中，f为最佳振动时效频率；ω为结构第三阶固有频率；Ti为每个耗散面固有频率修正值；i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；C(Ti)max为所有耗散面固有频率修正值中的最大值；C(Ti)min为所有耗散面固有频率修正值中的最小值；
Figure BDA0002393417190000033
为所有耗散面固有频率修正值的平均值。
上述技术方案中有限元分析软件优选ANSYS软件，残余应力测试装置优选X射线残余应力测试装置，残余应力摄取面的最小长度在这里取值为0.35mm。
有益效果：本发明可以有效考虑结构件焊接连接对耗散模态的影响，可以实现焊接连接结构振动最佳时效频率，并从基于传递耗散修正的角度出发来对该结构振动时效激振频率进行获取，从而考虑了焊接结构面之间的耗散过程，避免了传统方法单一通过整体结构固有频率来进行激振的局限性，更加高效准确地获取该结构振动时效的最佳激振频率。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例一种基于传递耗散修正的结构振动时效频率获取方法，该方法包括以下步骤：
S1.基于有限元手段的结构固有频率的确定：
将建立完毕的结构有限元分析模型导入到有限元分析软件ANSYS中，然后对其进行面积为5cm2的网格划分与边界约束条件的施加，待前处理完毕后，在谐响应模块中对该结构在前处理条件下的第三阶固有频率进行求解，标记为ω；
S2.基于焊接连接关系的耗散有效面的确定：
在待分析的结构中，根据结构中不同平板面之间的焊接连接关系，至少存在两条焊缝的平板面进行统计，并将这些平面作为后续计算过程中的耗散有效面，对其编号i进行标号，i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；
S3.基于残余应力顺位的耗散面有效畸变率的确定：
根据S2中确定的耗散有效面，采用X射线残余应力测试装置对该结构中每个耗散面的残余应力值进行测量，并将第i个耗散有效面的残余应力值记为σri；其中i为耗散面编号，i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；
然后计算每个耗散面所对应的残余应力顺位系数Si
Figure BDA0002393417190000041
其中,Si为每个耗散面所对应的残余应力顺位系数；σri为第i个耗散有效面的残余应力值，i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；A为残余应力摄取面的最小长度，常取值为0.1mm-1mm，这里取值为0.35mm；C(σri)max为所有耗散面的残余应力值中的最大值；C(σri)min为所有耗散面的残余应力值中的最小值；
然后计算每个耗散面的顺位畸变率Ji
Figure BDA0002393417190000042
其中，Ji为每个耗散面的顺位畸变率；Si为每个耗散面所对应的残余应力顺位系数；i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；C(Si)max为所有耗散面所对应的残余应力顺位系数中的最大值；C(Si)min为所有耗散面所对应的残余应力顺位系数中的最小值；
S4.基于耗散畸变率的耗散面有效固有频率的确定：
根据S2中确定的耗散有效面，将每个单独耗散有效面的平板有限元分析模型导入到有限元分析软件ANSYS中去，然后对其进行面积为5cm2的网格划分与边界约束条件的施加，待前处理完毕后，在模态模块中对第三阶固有频率进行求解，并标记为Hi；其中i为耗散面编号，i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；
然后将S3中计算的顺位畸变率Ji与有限元分析软件中获得的Hi一起代入下式，求解基于耗散畸变率的耗散面固有频率修正值Ti
Figure BDA0002393417190000043
其中，Ti为基于耗散畸变率的耗散面固有频率修正值；Hi为第三阶固有频率；Ji为每个耗散面的顺位畸变率；i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；C(Hi)max为第三阶固有频率中的最大值；C(Hi)min为第三阶固有频率中的最小值；C(Ji)max为所有耗散面的顺位畸变率中的最大值；C(Ji)min为所有耗散面的顺位畸变率中的最小值；
S5.基于传递耗散修正的最佳振动时效频率计算：
将S1中的结构第三阶固有频率ω与S4中的耗散面固有频率修正值Ti代入下式，求解最佳振动时效频率f
Figure BDA0002393417190000051
Figure BDA0002393417190000052
其中，f为最佳振动时效频率；ω为结构第三阶固有频率；Ti为每个耗散面固有频率修正值；i＝1,2,3...N；N为耗散有效面的数量；C(Ti)max为所有耗散面固有频率修正值中的最大值；C(Ti)min为所有耗散面固有频率修正值中的最小值；
Figure BDA0002393417190000053
为所有耗散面固有频率修正值的平均值。/>

Claims (2)

1.一种基于传递耗散修正的结构振动时效频率获取方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、基于有限元手段的结构固有频率的确定；
S2、基于焊接连接关系的耗散有效面的确定；
S3、基于残余应力顺位的耗散面有效畸变率的确定；
S4、基于耗散畸变率的耗散面有效固有频率的确定；
S5、基于传递耗散修正的最佳振动时效频率计算；
所述S2耗散有效面的确定方法如下：在待分析的结构中，根据结构中不同平板面之间的焊接连接关系，对至少存在两条焊缝的平板面进行统计，并将这些平面作为后续计算过程中的耗散有效面，对其编号i进行标号，i＝1，2，3...N；N为耗散有效面的数量；
所述S3耗散面有效畸变率的确定方法如下：根据S2中确定的耗散有效面，采用残余应力测试装置对该结构中每个耗散面的残余应力值进行测量，并将第i个耗散有效面的残余应力值记为σri；其中i为耗散面编号，i＝1，2，3...N；N为耗散有效面的数量；然后计算每个耗散面所对应的残余应力顺位系数Si，
Figure FDA0004140098420000011
其中，Si为每个耗散面所对应的残余应力顺位系数；σri为第i个耗散有效面的残余应力值，i＝1，2，3...N；N为耗散有效面的数量；A为残余应力摄取面的最小长度，取值为0.1mm-1mm；C(σri)max为所有耗散面的残余应力值中的最大值；C(σri)min为所有耗散面的残余应力值中的最小值；
然后计算每个耗散面的顺位畸变率Ji，
Figure FDA0004140098420000012
其中，Ji为每个耗散面的顺位畸变率；Si为每个耗散面所对应的残余应力顺位系数；i＝1，2，3...N；N为耗散有效面的数量；C(Si)max为所有耗散面所对应的残余应力顺位系数中的最大值；C(Si)min为所有耗散面所对应的残余应力顺位系数中的最小值；
所述S4耗散面有效固有频率的确定方法如下：根据S2中确定的耗散有效面，将每个单独耗散有效面的平板有限元分析模型导入到有限元分析软件中去，然后对其进行网格划分与边界约束条件的施加，待前处理完毕后，在模态模块中对第三阶固有频率进行求解，并标记为Hi；其中i为耗散面编号，i＝1，2，3...N；N为耗散有效面的数量；然后将S3中计算的顺位畸变率Ji与有限元分析软件中获得的Hi一起代入下式，求解基于耗散畸变率的耗散面固有频率修正值Ti，
Figure FDA0004140098420000021
其中，Ti为基于耗散畸变率的耗散面固有频率修正值；Hi为第三阶固有频率；Ji为每个耗散面的顺位畸变率；i＝1，2，3...N；N为耗散有效面的数量；C(Hi)max为第三阶固有频率中的最大值；C(Hi)min为第三阶固有频率中的最小值；C(Ji)max为所有耗散面的顺位畸变率中的最大值；C(ji)min为所有耗散面的顺位畸变率中的最小值；
所述S5中最佳振动时效频率计算方法如下：将S1中的结构第三阶固有频率ω与S4中的耗散面固有频率修正值Ti代入下式，求解最佳振动时效频率f，
Figure FDA0004140098420000022
Figure FDA0004140098420000023
其中，f为最佳振动时效频率；ω为结构第三阶固有频率；Ti为每个耗散面固有频率修正值；i＝1，2，3...N；N为耗散有效面的数量；C(Ti)max为所有耗散面固有频率修正值中的最大值；C(Ti)min为所有耗散面固有频率修正值中的最小值；
Figure FDA0004140098420000024
为所有耗散面固有频率修正值的平均值。
2.根据权利要求1所述的基于传递耗散修正的结构振动时效频率获取方法，其特征在于：所述S1结构固有频率的确定方法如下：将建立完毕的结构有限元分析模型导入到有限元分析软件中，然后对其进行网格划分与边界约束条件的施加，待前处理完毕后，在谐响应模块中对该结构在前处理条件下的第三阶固有频率进行求解，标记为ω。
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