本发明涉及一种定位振动时效控制时效件疲劳寿命的方法，是研究定位振动时效及其工艺参数对时效件疲劳寿命的控制方法。本发明属于机械制造中的产品质量控制工艺技术领域。
背景技术：
随着现代航空航天工业的快速发展与国际化竞争的日趋激烈，世界各主要军事强国对各式飞行器的性能都提出了很高的要求。为此，在飞机、火箭等飞行器的结构设计和制造中，一些大型复杂结构零件(可大至数米)，尤其是主承力结构件(如飞机的大梁、隔板、壁板；火箭的整流罩、舱体和战略武器战斗部壳体等)普遍采用了整体化结构设计。然而，大型整体结构件，尤其是薄壁结构件，在机械加工过程中往往会出现加工变形及尺寸超差的问题，直接导致工件报废、工期延误等不良后果。科研结果表明，导致这些问题的首要因素为工件内部分布不均的残余应力。振动时效技术，是在周期性外力作用下促使工件振动，使构件产生一定的塑性变形，随之残余应力得到松弛，从而使构件的尺寸稳定下来。振动时效是继自然时效和热时效后发展起来的一种绿色、高效的时效技术。与传统的热时效和自然时效相比，振动时效技术不仅具有生产周期短，设备占地面积小，处理方式灵活方便，生产和投资成本低，绿色环保等优点，而且还具有非常高的社会效益和经济效益。然而，振动时效和“疲劳”具有相同的载荷性质，学术界长期存在“振动时效会不会降低工件的疲劳寿命”的争论，一直无形中禁止振动时效应用于承受疲劳载荷的工件上。
技术实现要素：
1、目的
本发明的目的是提供一种定位振动时效控制时效件疲劳寿命的方法，以针对不用材料，不用结构形式的时效件，研究定位振动时效对时效件疲劳寿命的影响，消除人们对振动时效工艺的怀疑。
2、技术方案
本发明采用了如下技术方案：
分析时效件的残余应力分布，确定时效件需要时效的区域；
针对不同形式的结构件，确定结构件的振动形式，使时效件的时效区域与疲劳区域一致；
由于动应力在振动时效中起着至关重要的作用，为了提高本发明的通用性，需要对结构件时效区域在不同振动参数振动时效时的动应力进行测试；
确定评价振动时效均化残余应力效果的应用方式，完成振动时效的前期残余应力测试；
根据动应力测试结果，分别选择不同的振动参数进行振动时效；
进行振动时效后的残余应力测试，评价不同振动参数振动时效对残余应力的均化效果；
通过疲劳实验，获得时效件在不同振动参数振动时效后的疲劳寿命状况，由此为振动时效应用于承受疲劳载荷的工件提供理想的振动参数，消除人们对振动时效工艺的怀疑。
综上所述，本发明一种定位振动时效控制时效件疲劳寿命的方法，该方法具体步骤如下：
步骤一：根据时效件的材料和结构形式，并根据生产实践过程中残余应力测试经验及结合有限元数值仿真，分析时效件残余应力的分布规律，确定时效件需要时效的区域；
步骤二：对时效件进行模态分析，优选振型，使时效件的时效区域与疲劳区域一致；
步骤三：根据步骤二所选振型确定时效件安装形式和激振频率；
步骤四：将应变片贴在时效件的时效区域，根据步骤三，将时效件安装于振动平台上，固定激振频率，改变激振力大小，利用动态应变测试仪和数据采集系统记录动应变数据，根据动应变数据计算出动应力(不局限于此种动应力测试方法)；
步骤五：将一批时效件进行分组，并对其分组情况进行标识。从每组中选取若干件时效件并将其编号，使用钻孔法、剥层法、X射线衍射法、中子衍射法(不局限于这几种残余应力测试方法)对时效件进行振动时效前残余应力测试；
步骤六：将时效件的分组状态与步骤五对应，按照与步骤四相同的安装形式，根据步骤四得到的动应力数据，分别选择不同的激振力对不同组的时效件进行振动时效，振动时间一定；
步骤七：为了定量评价残余应力均化效果，对步骤五从各组中选取的时效件的时效区域进行振动时效后残余应力测试；
步骤八：将不同振动状态的时效件进行疲劳实验(拉-压、拉-拉、扭转、弯曲等疲劳实验)，获得固定激振频率下，不同激振力振动时效后的疲劳寿命；
其中，步骤四中所述的“将应变片贴在时效件的时效区域，根据步骤三，将时效件安装于振动平台上，固定激振频率，改变激振力大小，利用动态应变测试仪和数据采集系统记录动应变数据，根据动应变数据计算出动应力”，其具体实现过程如下：用502胶水将应变片贴在时效件的时效区域，将应变片与动态应变测试仪对应的端口用导线连接，并将动态应变测试仪和数据采集系统连接，数据采集系统与电脑连接，然后固定激振频率，改变激振力大小，在振动过程中记录动应变数据。最后根据材料力学公式计算出主应力，由第四强度理论计算出等效动应力；
其中，步骤五中所述的“将一批时效件进行分组，并对其分组情况进行标识。从每组中选取若干件时效件并将其编号，使用钻孔法、剥层法、X射线衍射法、中子衍射法(不局限于这几种残余应力测试方法)对时效件进行振动时效前残余应力测试”，其具体实现过程如下：将一批时效件分为若干组，并对其振动状态进行标识，分为A，B，C，……等组，然后从每一组中选取若干个时效件并将其编号为A-1，A-2，A-3，……，使用钻孔法、剥层法、X射线衍射法、中子衍射法(不局限于这几种残余应力测试方法)对时效件进行振动时效前残余应力测试，振前残余应力测试可以只测试时效件表面残余应力，也可以测试时效件表面及其垂直于时效件表面深度方向的残余应力；
其中，步骤八中所述的“将已标识的时效件进行疲劳实验(拉-压、拉-拉、扭转、弯曲等疲劳实验)，获得固定激振频率下，不同激振力振动时效后的疲劳寿命”，其具体实现过程如下：利用升降法与成组法相结合的方法，绘制出每种振动状态的S-N曲线。
3、优点及效果
(1)本发明根据生产实践过程中残余应力测试经验及结合有限元数值仿真，分析时效件残余应力的分布规律，优选振型，使时效件的时效区域与疲劳区域一致，避免了振动时效的盲目性；
(2)本发明针对不同的振动时效参数进行了动应力测试，为实际生产中使用振动时效均化残余应力提供了实验依据，提高了振动时效的针对性；
(3)本发明提供了振动时效工艺对疲劳性能影响最直接的证据，为不同金属材料，不同形式结构件的生产工艺制定提供了新思路。
附图说明
图1位本发明的流程框图
具体实施方式
见图1，本发明所描述的一种定位振动时效控制时效件疲劳寿命的方法，该方法具体步骤如下：
步骤一：根据时效件的材料和结构形式，并根据生产实践过程中残余应力测试经验及结合有限元数值仿真，分析时效件残余应力的分布规律，确定时效件需要时效的区域；
步骤二：对时效件进行模态分析，优选振型，使时效件的时效区域与疲劳区域一致；
步骤三：根据步骤二所选振型确定时效件安装形式和激振频率；
步骤四：将应变片贴在时效件的时效区域，根据步骤三，将时效件安装于振动平台上，固定激振频率，改变激振力大小，利用动态应变测试仪和数据采集系统记录动应变数据，根据动应变数据计算出动应力(不局限于此种动应力测试方法)；
步骤五：将一批时效件进行分组，并对其分组情况进行标识。从每组中选取若干件时效件并将其编号，使用钻孔法、剥层法、X射线衍射法、中子衍射法(不局限于这几种残余应力测试方法)对时效件进行振动时效前残余应力测试；
步骤六：将时效件的分组状态与步骤五对应，按照与步骤四相同的安装形式，根据步骤四得到的动应力数据，分别选择不同的激振力对不同组的时效件进行振动时效，振动时间一定；
步骤七：为了定量评价残余应力均化效果，对步骤五从各组中选取的时效件的时效区域进行振动时效后残余应力测试；
步骤八：将不同振动状态的时效件进行疲劳实验(拉-压、拉-拉、扭转、弯曲等疲劳实验)，获得固定激振频率下，不同激振力振动时效后的疲劳寿命；
其中，步骤四中所述的“将应变片贴在时效件的时效区域，根据步骤三，将时效件安装于振动平台上，固定激振频率，改变激振力大小，利用动态应变测试仪和数据采集系统记录动应变数据，根据动应变数据计算出动应力”，其具体实现过程如下：用502胶水将应变片贴在时效件的时效区域，将应变片与动态应变测试仪对应的端口用导线连接，并将动态应变测试仪和数据采集系统连接，数据采集系统与电脑连接，然后固定激振频率，改变激振力大小，在振动过程中记录动应变数据。最后根据材料力学公式计算出主应力，由第四强度理论计算出等效动应力；
其中，步骤五中所述的“将一批时效件进行分组，并对其分组情况进行标识。从每组中选取若干件时效件并将其编号，使用钻孔法、剥层法、X射线衍射法、中子衍射法(不局限于这几种残余应力测试方法)对时效件进行振动时效前残余应力测试”，其具体实现过程如下：将一批时效件分为若干组，并对其振动状态进行标识，分为A，B，C，……等组，然后从每一组中选取若干个时效件并将其编号为A-1，A-2，A-3，……，使用钻孔法、剥层法、X射线衍射法、中子衍射法(不局限于这几种残余应力测试方法)对时效件进行振动时效前残余应力测试，振前残余应力测试可以只测试时效件表面残余应力，也可以测试时效件表面及其垂直于时效件表面深度方向的残余应力；
其中，步骤八中所述的“将已标识的时效件进行疲劳实验(拉-压、拉-拉、扭转、弯曲等疲劳实验)，获得固定激振频率下，不同激振力振动时效后的疲劳寿命”，其具体实现过程如下：利用升降法与成组法相结合的方法，绘制出每种振动状态的S-N曲线。