工件在生產(chǎn)制造過程中需要經(jīng)過鑄造、鍛壓、焊接、切削等工藝,這些工藝過程就會引起構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力,而殘余應(yīng)力的存在會大大削減工件的疲勞強度和尺寸精度,更嚴重者會造成工件的斷裂而引發(fā)安全事故。論文針對現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)中傳統(tǒng)熱時效能耗大、自然時效周期長、效率低等不足,以及傳統(tǒng)振動時效裝置在使用過程中存在的效率低、耗能多、易磨損、噪聲大等缺陷,完成一種基于LabVIEW的高效、節(jié)能的振動時效裝置的控制系統(tǒng)。通過深入分析現(xiàn)有振動時效、激振器、以及大功率激振器的發(fā)展現(xiàn)狀,對殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因、消除機理等理論知識進行分析,對于振動時效消除殘余應(yīng)力的原理與特點進行探討,進一步對激振力的大小、激振頻率的范圍以及其他參數(shù)進行選擇;在對振動時效過程中控制特點所做研究和分析的基礎(chǔ)上,針對振動時效中時效工件對硬件輸出特性的要求,對振動時效控制系統(tǒng)的硬件進行總體設(shè)計,并綜合實際情況,選用超磁致伸縮激振器、NI USB-6211型號的數(shù)據(jù)采集卡等為核心設(shè)備,配合參數(shù)的要求,最終實現(xiàn)振動時效裝置的控制系統(tǒng)硬件選型、組態(tài)及參數(shù)設(shè)計。LabVIEW軟件具有可視化程度高、性價比高優(yōu)點,因此采用該軟件對振動時效控制系統(tǒng)進行過程控制與數(shù)據(jù)處理。其主要實現(xiàn)對工件參數(shù)設(shè)置、掃頻參數(shù)設(shè)置、時效參數(shù)設(shè)置、通訊端口設(shè)置,并調(diào)用DAQ函數(shù)對振動時效中的加速度信號采集、輸出激振器的驅(qū)動電壓與激振電流,用循壞結(jié)構(gòu)外加外部定時源實現(xiàn)掃頻過程中輸出頻率到終止頻率的遞增,最后對采集的數(shù)據(jù)進行處理,對時效判斷的結(jié)果進行輸出。論文在軟件設(shè)計開發(fā)過程中分為振前掃頻、振動時效及振后掃頻三個階段。每個階段都包括多通道信號輸出、信號采集、控制模塊、及數(shù)據(jù)處理等功能,最后采用國際標(biāo)準(zhǔn)JB/T 5926-2005對時效效果進行定量分析,并打印時效結(jié)果報告。該研究應(yīng)用虛擬儀器技術(shù),設(shè)計一種基于LabVIEW的振動時效控制系統(tǒng),并結(jié)合現(xiàn)場實際情況,對大構(gòu)件進行振動時效調(diào)試,滿足了高效、節(jié)能的振動時效要求,最大可能的實現(xiàn)了振動時效處理的自動化和操作過程的簡便化,系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,具有較好的工程應(yīng)用價值。
【學(xué)位單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH16;TP273
【部分圖文】：

1.1 研究背景及意義金屬工件的材料內(nèi)部由于在機械制造工藝過程中受熱不均勻、形成相變現(xiàn)象等原因，導(dǎo)致工件的表面和局部產(chǎn)生一種應(yīng)力，其存在減小了工件的尺寸精度及其機械性能，該應(yīng)力在工件工作時與工件應(yīng)力相累加之和極有可能超過其自身的屈服極限，此時就會導(dǎo)致工件發(fā)生脆性變形，甚至斷裂。該應(yīng)力被稱為殘余應(yīng)力也稱為殘留應(yīng)力[1]。目前最常用的就是熱時效(TSR，Thermal Stress Relief )與自然時效法(NSR，Natural StressRelief)[2]。NSR 處理工件的原理就是利用環(huán)境溫度繁雜多樣的“環(huán)境震蕩”變化及時間效應(yīng)使其內(nèi)部殘余應(yīng)力日益釋放，所以該方法的消除周期比較長，一般需要 6 個月左右才能達到效果[3]，如圖 1.1 所示為自然時效場，與此同時存在存儲空間較大、效率低、時效結(jié)果不佳等缺點；TSR 技術(shù)是在火爐中放入待處理的工件，而且不斷升溫使工件產(chǎn)生塑性變形然后再溫度恒定持續(xù)降溫，使得內(nèi)部的殘余應(yīng)力得到均化消除，圖 1.2 為熱時效爐，這種技術(shù)的耗能較大、成本相對較高、環(huán)境污染較大并且對于大型構(gòu)件的處理運輸過程困難等問題。

1.1 研究背景及意義金屬工件的材料內(nèi)部由于在機械制造工藝過程中受熱不均勻、形成相變現(xiàn)象等原因，導(dǎo)致工件的表面和局部產(chǎn)生一種應(yīng)力，其存在減小了工件的尺寸精度及其機械性能，該應(yīng)力在工件工作時與工件應(yīng)力相累加之和極有可能超過其自身的屈服極限，此時就會導(dǎo)致工件發(fā)生脆性變形，甚至斷裂。該應(yīng)力被稱為殘余應(yīng)力也稱為殘留應(yīng)力[1]。目前最常用的就是熱時效(TSR，Thermal Stress Relief )與自然時效法(NSR，Natural StressRelief)[2]。NSR 處理工件的原理就是利用環(huán)境溫度繁雜多樣的“環(huán)境震蕩”變化及時間效應(yīng)使其內(nèi)部殘余應(yīng)力日益釋放，所以該方法的消除周期比較長，一般需要 6 個月左右才能達到效果[3]，如圖 1.1 所示為自然時效場，與此同時存在存儲空間較大、效率低、時效結(jié)果不佳等缺點；TSR 技術(shù)是在火爐中放入待處理的工件，而且不斷升溫使工件產(chǎn)生塑性變形然后再溫度恒定持續(xù)降溫，使得內(nèi)部的殘余應(yīng)力得到均化消除，圖 1.2 為熱時效爐，這種技術(shù)的耗能較大、成本相對較高、環(huán)境污染較大并且對于大型構(gòu)件的處理運輸過程困難等問題。

影響并且對振動時效消除殘余應(yīng)力的的機理等基本特性進行了研究工作，并在所做研究工作的基礎(chǔ)上，研究了大功率振動時效的特點，為振動時效控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和硬件選型奠定了理論基礎(chǔ)。2.1 殘余應(yīng)力的產(chǎn)生及消除工件在加工制造過程中需要經(jīng)過多種工藝加工處理，且這些工藝處理過程對工件的壽命有一定的影響，當(dāng)這些外界因素撤去后，工件內(nèi)部還是有些殘留的力，該殘留的力被成為殘余應(yīng)力[24]。內(nèi)部殘余力指的是工件在未接受任何負載的情況下本身已經(jīng)存在于橫截面上的原始應(yīng)力，在工件工作時，由于受到各種外力和的作用，在工件工作時，由于受到各種外力的和而發(fā)生再次變形和內(nèi)部應(yīng)力的重新分配，會降低材料的剛度、穩(wěn)定性甚至降低其疲勞強度、抗脆斷能力、抵抗腐蝕開裂能力[25]。(1) 殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因在不受外力作用時，工件內(nèi)部本身需要一種力來保持自身的平衡狀態(tài)，這種力就是初始應(yīng)力或固有應(yīng)力。工件的局部位置或形狀會因為殘余應(yīng)力的存在發(fā)生改變。如圖 2.所示：

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本文編號：2826188