振动时效中残余应力与固有频率的相互作用

    通常构件的固有频率由其形状、尺寸及材料确定，但理论与实验研究表明[1-3]，构件内残余应力的存在对构件的固有频率、阻尼等参数将产生影 响．1991 年原机械部颁发的振动时效工艺参数选择及技术要求中明确规定，当振幅频率曲线出现振后的峰值点比振前左移时，即可判定为达到了振动时效的效果[4]．由此 可见，振动时效过程中构件固有频率将发生变化．

    工程应用中通常选择构件的一阶或二阶固有频率进行振动时效．关于激振频率更精确的选择，众多研究者看法略有不同[5-8]，但整体上大家一致认为振动时效 不仅使残余应力趋于均化，还使残余应力场经重新分布后趋于均匀化．所以，激振频率应为与残余应力分布模态相同或相近的系统固有振动模态对应的固有频率．

    研究振动时效中残余应力与固有频率的相互作用，将有利于残余应力的评估和判断，以及振动时效工艺的制定等．本文采用试验模态分析等方法对构件进行对比实 验，根据固有频率的变化确定构件是否有必要进行振动时效，如何合理选择激振频率及判断振动时效效果等．同时，也为建立残余应力变化与固有频率变化二者之间 的定量关系提供一个可行思路．

    1 试验条件

    1.1 试样制备

    试验用材为2A12和7075高强铝合金轧制板，两种铝合金的弹性模量E、泊松比μ和密度ρ相近，分别为69.3 GPa，0.3和2800 kg/m3．

    热处理工序：从室温开始每小时升高100 ℃，保温10 min，当固溶温度达到480 ℃后保温2 h，然后采用水浴方式淬火．

    1.2 试验仪器

    用加拿大Proto公司生产的iXRD型便携式X射线衍射仪测试残余应力，采用同倾固定y法，测试参数为：辐射线CoKα，管电压与电流分别为20kV 和 4 mA，衍射晶面为（331），高斯拟合（Gaussian）定峰，准直管尺寸 2 mm×5 mm，弹性常数 1/2S²为18.5606×10^-6，在每一测量位置Φ角有3°的摆动．

    振动时效试验设备为南宁市神华振动时效技术研究所生产的神华SHX2108型全自动彩屏振动时效仪，其由彩屏控制器、激振器、测振器、胶垫、夹具和电缆线 构成，具有全自动、手动及定时定速的半自动三种运行方式．模态实验分析系统采用的是比利时LMS国际公司生产的LMS Test Lab24ch型24 通道模态分析仪，配有加速度传感器（333B30）和模态力锤（086C01）．坐标测量仪器选用美国Brwon& Sharpe 公司生产的 GLOBAL STATUS575 型三坐标测量机，该机长度测量的最大允许误差MPEE=2.5+4L/1000 μm，最大允许探测误差 MPEP=2.5 μm．