一种循环加载后塑性变形的在线恢复方法与流程

本发明属于机械制造与振动处理应用技术领域，特别提出了一种循环加载后塑性变形的在线恢复方法。

背景技术：

疲劳损伤是由循环塑性变形引起的，塑性变形是不可逆的，从而疲劳损伤是不可消除的。但是，纳米材料受到循环加载之后的塑性变形是可以部分甚至是完全恢复的。塑性应变的恢复意味着疲劳损伤的消除。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。在服役过程中铝合金常常受到循环载荷而发生疲劳失效，从而带来较大的经济损失，因此恢复铝合金的塑性应变，消除它的疲劳损伤是非常重要的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了最大程度的恢复铝合金的塑性应变，消除它的疲劳损伤，提供了一种循环加载后塑性变形的在线恢复方法。对服役中产生疲劳损伤的铝合金进行低频振动处理，恢复其塑性应变，提高它的疲劳性能和可靠性与安全性，为工程实践中的实际问题提供有效的解决方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种循环加载后塑性变形的在线恢复方法，其步骤为：

步骤1)低频振动处理装置包括冷水机、疲劳试验机、电脑和控制器。冷水机和疲劳试验机连接在一起，用于给疲劳试验机降温。试验机和控制器连接在一起；控制器和电脑连接在一起，在电脑上输入载荷的幅值、均值、频率和波形。

步骤2)疲劳加载。依次开启冷水机、试验机、控制器、电脑，待电脑开启启动软件后，输入超过材料屈服强度的脉动载荷，对试件进行单轴轴向疲劳加载试验。

步骤3)一定时间后停止试验，得到疲劳加载产生的塑性应变。

步骤4)低频振动处理。选择一个处于材料弹性范围内的载荷直接对试件进行对称循环加载，不用把试件从试验机上卸下，达到即时损伤即时修复的在线目的。

步骤5)一定时间后停止试验，提取试件经低频振动处理后的塑性应变，和损伤后的塑性应变对比，发现塑性变形部分恢复。振动处理会引起试件内部微观组织的变化，包括位错湮灭，晶粒细化，使位错密度降低，塑性变形恢复，疲劳损伤消除。同时试件内部会产生应力场，加上试件内部的残余应力，如果超过了屈服极限，试件就会产生微量的塑性变形，使试件内部的应力得到松弛和释放。

本发明修复方法的创新在于：振动修复系统简单，对铝合金试件进行修复，试件受到正弦变化的力，使试件内部产生应力场，再加上试件内部的残余应力，如果超过了屈服极限，试件就会发生微量的塑性变形，从而使试件内部的应力得到松弛和释放；同时振动还会引起试件内部微观组织的变化，使位错密度降低，恢复塑性变形，消除疲劳损伤。本方法工艺简单，方法实用，效果显著。

本发明的有益效果在于：通过低频振动处理消除塑性应变的方法使试件内部产生了应力场，不仅能使试件内部原有的应力得以松弛和释放，还能改善试件内部微观结构，减少位错密度，恢复塑性变形，消除疲劳损伤。

附图说明

图1为本发明中待处理试件的示意图。

图2为损伤加载的波形图。

图3为振动修复加载的波形图

图4为试验结果图。

具体实施方式

下面结合附图，通过举例对本发明方法做进一步阐述，请参阅图1至图3。一种循环加载后塑性变形的在线恢复方法，其步骤为：

步骤1)提供振动处理修复装置，所述振动处理装置包括冷水机，疲劳试验机，控制器，电脑。所述冷水机和疲劳试验机连接，用于给试验机降温。所述疲劳试验机和控制器连接。所述控制器和电脑连接，在电脑上输入载荷的幅值、均值、频率和波形。

步骤2)疲劳加载。依次开启冷水机、试验机、控制器、电脑，待电脑开启启动软件后，输入最大应力为480mpa的脉动循环载荷进行循环加载，如图2所示，点击开始试验。

步骤3)循环加载至试件的0.1倍原始寿命后停止试验，得到疲劳加载产生的塑性应变。

步骤4)低频振动处理。输入最大应力为100mpa的对称循环载荷，直接进行小载荷循环加载，不用卸下试件，如图3所示，点击开始，继续试验。

步骤5)15min后停止试验，提取试件经过对称小载荷加载后的塑性应变，观察恢复效果。

本发明通过采用上述的低频振动处理方法消除材料循环加载产生的塑性应变。通过调整幅值和频率，使试件内部产生应力场。由图4可知，10hz、3kn、15min对试件具有较好的修复作用，恢复的塑性变形较大并在试件内部形成一定的应力场，使试件产生微量的塑性变形，残余应力得到松弛和释放；同时使试件内部微观组织发生变化，恢复了塑性变形，消除了疲劳损伤，极大地改善了铝合金的疲劳特性。

技术特征：

1.一种循环加载后塑性变形的在线恢复方法，其特征在于：振动修复系统简单，对铝合金试件进行修复，试件受到正弦变化的力，使试件内部产生应力场，再加上试件内部的残余应力，如果超过了屈服极限，试件就会发生微量的塑性变形，从而使试件内部的应力得到松弛和释放；同时振动还会引起试件内部微观组织的变化，使位错密度降低，恢复塑性变形，消除疲劳损伤；该方法的步骤如下：

步骤1)该低频振动处理装置包括冷水机、疲劳试验机、电脑和控制器；冷水机和疲劳试验机连接在一起，用于给疲劳试验机降温；试验机和控制器连接在一起；控制器和电脑连接在一起，用于输入载荷的幅值、均值、频率和波形；

步骤2)加载；依次开启冷水机、试验机、控制器、电脑，待电脑开启启动软件后，输入超过材料屈服强度的脉动载荷，进行循环加载试验；

步骤3)一定时间后停止试验，得到循环加载产生的塑性应变；

步骤4)选择一个处于材料弹性范围内的载荷，进行小载荷对称循环加载；

步骤5)一定时间后停止试验，提取试件经过对称小载荷加载后的塑性应变，观察恢复效果。

2.根据权利要求1所述的一种循环加载后塑性变形的在线恢复方法，其特征在于，通过调整载荷大小、频率和时间调整恢复效果。

3.根据权利要求1所述的一种循环加载后塑性变形的在线恢复方法，其特征在于，振动修复载荷不应超过材料的屈服强度。

技术总结
本发明公开了一种循环加载后塑性变形的在线恢复方法，涉及机械制造和振动处理应用技术领域。疲劳试验机、电脑、控制器依次连接，试件放在疲劳试验机的夹具上。设置载荷幅值、均值、波形、频率。使试件处于一端固定，一端振动的状态，一段时间后，依次关闭试验机、电脑、控制器，将试件从实验机上取出。本发明通过对材料施加低频振动处理，恢复了塑性变形，消除了疲劳损伤。同时，本发明简单实用，效果良好，有很大的工程应用价值。

技术研发人员：尚德广;张宇;张海萌;郭一二;刘鹏程
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2019.12.23
技术公布日：2020.04.17