地铁转向架焊接残余应力的振动消除模拟研究(2)
1.4 本论文的主要研究内容
由上可知，在焊接中产生的残余应力对工件各种性能都会造成相当大的影响，例如刚度、强度等。若残余应力相当的大的话，那么甚至会使工件断裂损坏。所以对于工件内部残余应力的消除就成为了本课题的主要研究内容。针对残余应力的消除，在相当长的一段时间内，人们广泛采用的是较为传统的自然时效方法。此方法的确可以大幅度的降低工件的残余应力，但它也有着较大的缺点，它会使工件软化变形，而且此方法需要的能量特别高，从而使得此方法的成本尤其之高。本课题采用的是振动时效方法，较之自然时效方法，它可以有效地减少工件报废的比率，可以大幅缩减能耗降低成本，另外，采用此种方法还可以缩减生产周期，提高生产效率[12]。
在VSR工艺过程中，我们需要考虑的是激励源的作用位置，激励所需的频率以及激励力的相关选择。因此本文的主要研究内容即为首先使用ANSYS软件建立有限元模型， 接着进过相关考虑确定构件的约束形式，然后计算其固有频率和模态等特性，最后通过谐响应分析约束方式、激励位置和交变载荷的频率等问题。本文通过ANSYS软件模拟振动时效工艺消除工件内部的残余应力，从而为了实际应用中提供了相当大的可参考性。
2 振动时效原理研究
2.1 振动时效原理
通过振动时效工艺消除工件内部的残余应力即是使用周期性的动应力去和需要消除的参与应力相叠加，从而使作用位置发生塑性变形，这样就可将该位置的残余应力释放达到消除的目的[13]。
振动时效工艺最早是来源于锤击松弛法，即通过给工件施加冲击载荷，让工件产生激励响应的同时又伴随着固有频率和衰减的振幅作减幅振动[14]。在振动时效工艺进行的过程中，若工件上存在某点的交变应力与需要消除的残余应力相加达到该工件材料的屈服应力时，那么该点处的晶格就会发生滑移，接着就会产生塑性变形，从而释放该点位置处受约束的变形，最终实现工件残余应力的降低或消除[15]。我们可以用公式更直观的展现这一工艺原理：σ动 + σ残 ＞σs。在该公式中，σ动 即为工件上因交变载荷而产生的最大动应力，σ残是工件内部的残余应力,而σs即为工件的屈服应力极限[16]。
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