CN110760670B - 用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及振动时效技术领域，特指一种用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统。系统由PC机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪构成；PC机控制信号发生器输出高频激振信号，经由功率驱动器放大后输入电磁式激振器，进而驱动电磁式激振器产生高频振动；小尺寸构件安装在工作台的上表面；应变片粘贴在小尺寸构件峰值残余应力处；在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下对小尺寸构件进行高频振动时效处理。本发明具有能够改善高频振动时效消除残余应力的效果的优点。

Description

用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统

技术领域

本发明涉及振动时效技术领域，特指一种用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统。

背景技术

振动时效技术具有处理效果好、快捷方便、能耗少、处理时间短、环境污染小等一系列优点，目前已经被广泛使用在机械加工制造的各个过程中，且已经成为备受瞩目的节能环保型残余应力消除技术。传统低频振动时效技术采用可调速电机作为激振设备，导致其激振频率通常小于200Hz，表明传统低频振动时效技术的可选振型非常有限；同时传统低频振动时效技术是通过对构件进行整体激振的方式来消除残余应力的，导致了传统低频振动时效技术在消除构件局部残余应力或大型复杂构件残余应力时效果有限。高频振动时效技术采用电磁式激振器作为激振设备，其激振频率可以达到10kHz，扩展了振动时效技术的应用范围，但是电磁式激振器输出的振动能量有限，导致直接采用电磁式激振器对构件进行激振处理时残余应力消除效果有限。为了解决现有高频振动时效装置消除残余应力效果有限的问题，本发明提出一种用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统，即以电磁式激振器和高频振动能量放大装置为基础搭建高频振动时效系统，并将小尺寸构件装夹在高频振动能量放大装置上进行高频振动时效处理，能够提高小尺寸构件的残余应力的消除效果。

发明内容

为了改善高频振动时效消除残余应力的效果，本发明提出了一种用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统，能够进行大振动能量的输出，有利于提高高频振动时效消除残余应力的效果。

用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统，包括PC机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪；PC机控制信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；

高频振动能量放大装置固定于电磁式激振器运动部件的激振台面上，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；所述的圆台形式的连杆的最大截面面积小于工作台的截面面积，且圆台形式的连杆的最大截面面积小于支撑台的截面面积；圆台形式的连杆的长度大于工作台的厚度，且圆台形式的连杆的长度大于支撑台的厚度；圆台形式的连杆的小端与工作台连接，且圆台形式的连杆的大端与支撑台连接；工作台和支撑台均为圆柱体；

小尺寸构件安装在工作台的上表面，工作台与小尺寸构件之间设置有垫块，并且垫块设置在小尺寸构件的振动节线处；应变片粘贴在小尺寸构件的峰值残余应力处，其中第一应变片沿着小尺寸构件的第一主应力方向粘贴，第二应变片沿着小尺寸构件的第二主应力方向粘贴；第一应变片和第二应变片的输出端与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端与PC机连接；小尺寸构件的尺寸小于工作台的直径，以保证小尺寸构件全部位于工作台的上表面。

进一步，所述的PC机包括信号发生器驱动模块、动态应变仪驱动模块、残余应力分布状态存储模块、有限元软件、模态参数存储模块、应变振型分布状态存储模块、位移振型节线存储模块、高频振动能量放大装置优化设计模块、高频振动能量放大装置的参数存储模块、应变波形获取模块、峰值应变提取模块以及动应力转换模块。

所述的电磁式激振器为高频激振器，用于产生激振频率大于1kHz的高频振动，其最高激振频率可以达到10kHz。

进一步，所述的动态应变仪为高精度、多通道、实时显示应变波形的应变仪。

进一步，所述的信号发生器驱动模块安装有驱动信号发生器的软件，实现PC机对信号发生器的控制；所述的动态应变仪驱动模块安装有驱动动态应变仪的软件，实现PC机对动态应变仪的控制和数据读取；所述的应变波形获取模块获取动态应变仪采集到的小尺寸构件输出的应变波形；所述的峰值应变提取模块提取应变波形的峰值应变；所述的动应力转换模块将峰值应变ε转换为作用在小尺寸构件上的动应力σ，转变的关系为σ＝Eε，其中E为小尺寸构件的弹性模量。

进一步，所述的残余应力分布状态存储模块存储采用X射线衍射法获取的小尺寸构件的表层残余应力分布状态、峰值残余应力在小尺寸构件上的具体位置以及第一主应力和第二主应力的方向；所述的有限元软件用于建立小尺寸构件的有限元模型，并对小尺寸构件进行数值模态分析，得到小尺寸构件的各阶弯曲振动的固有频率以及与各阶弯曲振动的固有频率相对应的各阶弯曲振动的位移振型与应变振型，并将各阶弯曲振动的固有频率、位移振型以及应变振型存储到模态参数存储模块中；所述的应变振型分布状态存储模块存储各阶弯曲振动的应变振型的峰值应变的具体位置；所述的应变振型峰值应变所在的位置与小尺寸构件峰值残余应力所在的位置一致时，记录下该应变振型所对应的固有频率，并记为高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f；所述的位移振型节线存储模块存储与高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f所对应的位移振型的振动节线的具体位置以及振动节线的数目。

进一步，所述的高频振动能量放大装置优化设计模块以高频振动能量放大装置的轴向共振频率为优化目标，其结构尺寸参数为设计变量，并采用正交实验法制定高频振动能量放大装置的优化方案，然后采用有限元软件建立各个优化方案对应的有限元模型，并对各个优化方案进行数值模态分析，得到各个优化方案的轴向共振频率，并将轴向共振频率与高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f相一致的方案作为高频振动能量放大装置的最优方案，且将最优方案的尺寸参数存储到所述的高频振动能量放大装置的参数存储模块中。

进一步，所述的有限元软件为ANSYS有限元软件。

进一步，所述的垫块为具有弹性的垫块，且所述的垫块的数目等于所述的振动节线的数目。

进一步，所述的高频振动能量放大装置的轴向共振频率等于小尺寸构件的弯曲振动的固有频率。高频振动能量放大装置的轴向共振频率等于小尺寸构件的弯曲振动的固有频率，可以激发小尺寸构件产生弯曲共振，有利于提高作用在小尺寸构件上的振动能量。在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下对小尺寸构件进行激振，高频振动能量放大装置因为共振能够输出较大的振动能量，且小尺寸构件产生共振也可以获得较大的振动能量，有利于提高高频振动时效消除小尺寸构件残余应力的效果。

进一步，所述的动应力σ满足的关系为σ_s＜σ+σ_r＜σ_p，σ_s为小尺寸构件的屈服极限，σ_p为小尺寸构件的疲劳极限，σ_r为小尺寸构件的峰值残余应力。

具体来说，小尺寸构件安装在工作台的上表面，在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下对小尺寸构件进行高频振动时效处理，动态应变仪采集回来小尺寸构件的动态应变信号，并将作用在小尺寸构件上的峰值应变转换为作用在小尺寸构件上的动应力，然后按照动应力需要满足的关系σ_s＜σ+σ_r＜σ_p，对功率驱动器的输出电流进行调整，从而确保作用在小尺寸构件上的动应力满足高频振动时效的实验要求。在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下进行高频振动时效处理时，高频振动能量放大装置能够输出较大的振动能量，从而提高高频振动时效消除小尺寸构件残余应力的效果。

本发明的技术构思是：由PC机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪构成用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统；高频振动能量放大装置固定于电磁式激振器运动部件的激振台面上，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；PC机控制信号发生器输出高频激振信号，经由功率驱动器放大后输入电磁式激振器，并驱动电磁式激振器产生高频振动；小尺寸构件安装在工作台的上表面；应变片粘贴在小尺寸构件峰值残余应力处，动态应变仪采集回来小尺寸构件的动态应变信号，并将作用在小尺寸构件上的峰值应变转换为作用在小尺寸构件上的动应力，然后按照动应力需要满足的关系σ_s＜σ+σ_r＜σ_p，对功率驱动器的输出电流进行调整，从而确保作用在小尺寸构件上的动应力满足高频振动时效实验要求。在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下进行高频振动时效处理时，高频振动能量放大装置能够输出较大的振动能量，从而提高高频振动时效的效果。

本发明的有益效果如下：

1、通过在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下对小尺寸构件进行高频振动时效处理，能够放大电磁式激振器输出的振动能量，即提高了作用在小尺寸构件上的振动能量，能够提高高频振动时效消除小尺寸构件残余应力的效果。

2、在高频振动能量放大装置的轴向共振频率下对小尺寸构件进行高频振动处理，能够激发小尺寸构件产生弯曲共振，并且在小尺寸构件的振动节线处采用弹性垫块对小尺寸构件进行弹性支撑，此时小尺寸构件表面输出的应变波形具有较大的峰值应变，即作用在小尺寸构件上的动应力具有较大值，能够改善高频振动时效消除小尺寸构件残余应力的效果。

3、本发明以圆台形式连杆的高频振动能量放大装置作为高频振动装置的基础组成部分，是因为相比于等截面圆柱连杆的高频振动振幅放大装置，本发明采用的圆台形式的连杆，在大端面与等截面圆柱连杆的直径相同的情况下，可以减少高频振动能量放大装置的质量，有利于高频振动时效系统的激振，这是因为电磁式激振器的驱动能力有限，附加的高频振动能量放大装置质量越大，高频振动时效系统越难产生高频振动，相比于阶梯形圆柱连杆的高频振动振幅放大装置，本发明采用的圆台形式的连杆可以减少应力集中，有利于提高高频振动能量放大装置的使用寿命，这是因为阶梯形圆柱连杆在过渡区域很容易产生应力集中，会降低高频振动能量放大装置的使用寿命。

附图说明

图1用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统示意图。

图2高频振动能量放大装置示意图。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明：

用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统，包括PC机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置3、垫块6、应变片以及动态应变仪；PC机控制信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；

高频振动能量放大装置3固定于电磁式激振器运动部件4的激振台面5上，高频振动能量放大装置3包括安装小尺寸构件1的工作台31、固定在电磁式激振器运动部件4的激振台面5上的支撑台33以及连接工作台31与支撑台33的圆台形式的连杆32；所述的圆台形式的连杆32的最大截面面积小于工作台31的截面面积，且圆台形式的连杆32的最大截面面积小于支撑台33的截面面积；圆台形式的连杆32的长度大于工作台31的厚度，且圆台形式的连杆32的长度大于支撑台33的厚度；圆台形式的连杆32的小端与工作台31连接，且圆台形式的连杆32的大端与支撑台33连接；工作台31和支撑台33均为圆柱体；

小尺寸构件1安装在工作台31的上表面，工作台31与小尺寸构件1之间设置有垫块6，并且垫块6设置在小尺寸构件1的振动节线处；应变片粘贴在小尺寸构件1的峰值残余应力处，其中第一应变片21沿着小尺寸构件1的第一主应力方向粘贴，第二应变片22沿着小尺寸构件1的第二主应力方向粘贴；第一应变片21和第二应变片22的输出端与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端与PC机连接；小尺寸构件1的尺寸小于工作台31的直径，以保证小尺寸构件1全部位于工作台31的上表面。

进一步，所述的PC机包括信号发生器驱动模块、动态应变仪驱动模块、残余应力分布状态存储模块、有限元软件、模态参数存储模块、应变振型分布状态存储模块、位移振型节线存储模块、高频振动能量放大装置优化设计模块、高频振动能量放大装置的参数存储模块、应变波形获取模块、峰值应变提取模块以及动应力转换模块。

所述的电磁式激振器为高频激振器，用于产生激振频率大于1kHz的高频振动，其最高激振频率可以达到10kHz。

进一步，所述的动态应变仪为高精度、多通道、实时显示应变波形的应变仪。

进一步，所述的信号发生器驱动模块安装有驱动信号发生器的软件，实现PC机对信号发生器的控制；所述的动态应变仪驱动模块安装有驱动动态应变仪的软件，实现PC机对动态应变仪的控制和数据读取；所述的应变波形获取模块获取动态应变仪采集到的小尺寸构件1输出的应变波形；所述的峰值应变提取模块提取应变波形的峰值应变；所述的动应力转换模块将峰值应变ε转换为作用在小尺寸构件1上的动应力σ，转变的关系为σ＝Eε，其中E为小尺寸构件1的弹性模量。

进一步，所述的残余应力分布状态存储模块存储采用X射线衍射法获取的小尺寸构件1的表层残余应力分布状态、峰值残余应力在小尺寸构件1上的具体位置以及第一主应力和第二主应力的方向；所述的有限元软件用于建立小尺寸构件1的有限元模型，并对小尺寸构件1进行数值模态分析，得到小尺寸构件1的各阶弯曲振动的固有频率以及与各阶弯曲振动的固有频率相对应的各阶弯曲振动的位移振型与应变振型，并将各阶弯曲振动的固有频率、位移振型以及应变振型存储到模态参数存储模块中；所述的应变振型分布状态存储模块存储各阶弯曲振动的应变振型的峰值应变的具体位置；所述的应变振型峰值应变所在的位置与小尺寸构件1峰值残余应力所在的位置一致时，记录下该应变振型所对应的固有频率，并记为高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f；所述的位移振型节线存储模块存储与高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f所对应的位移振型的振动节线的具体位置以及振动节线的数目。

进一步，所述的高频振动能量放大装置3优化设计模块以高频振动能量放大装置3的轴向共振频率为优化目标，其结构尺寸参数为设计变量，并采用正交实验法制定高频振动能量放大装置3的优化方案，然后采用有限元软件建立各个优化方案对应的有限元模型，并对各个优化方案进行数值模态分析，得到各个优化方案的轴向共振频率，并将轴向共振频率与高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f相一致的方案作为高频振动能量放大装置3的最优方案，且将最优方案的尺寸参数存储到所述的高频振动能量放大装置3的参数存储模块中。

进一步，所述的有限元软件为ANSYS有限元软件。

进一步，所述的垫块6为具有弹性的垫块，且所述的垫块6的数目等于所述的振动节线的数目。

进一步，所述的高频振动能量放大装置3的轴向共振频率等于小尺寸构件1的弯曲振动的固有频率。高频振动能量放大装置3的轴向共振频率等于小尺寸构件1的弯曲振动的固有频率，可以激发小尺寸构件1产生弯曲共振，有利于提高作用在小尺寸构件1上的振动能量。在高频振动能量放大装置3的轴向共振频率下对小尺寸构件1进行激振，高频振动能量放大装置3因为共振能够输出较大的振动能量，且小尺寸构件1产生共振也可以获得较大的振动能量，有利于提高高频振动时效消除小尺寸构件1残余应力的效果。

进一步，所述的动应力σ满足的关系为σ_s＜σ+σ_r＜σ_p，σ_s为小尺寸构件1的屈服极限，σ_p为小尺寸构件1的疲劳极限，σ_r为小尺寸构件1的峰值残余应力。具体细节如下：所述的第一应变片21沿着小尺寸构件1的第一主应力方向粘贴，所述的第二应变片22沿着小尺寸构件1的第二主应力方向粘贴；在高频振动时效处理过程中第一应变片21采集到的峰值应变为ε₁，对应的作用在第一主应力方向上的动应力为σ₁＝Eε₁；在高频振动时效处理过程中第二应变片22采集到的峰值应变为ε₂，对应的作用在第二主应力方向上的动应力为σ₂＝Eε₂；第一主应力σ_r1和第二主应力σ_r2分别通过X射线衍射法测试得到；在高频振动时效处理过程中，通过调整功率驱动器的输出电流从而调整电磁式激振器输出的高频振动能量，使得σ₁与σ_r1之和以及σ₂与σ_r2之和均满足σ_s＜σ+σ_r＜σ_p关系式，即σ_s＜σ₁+σ_r1＜σ_p以及σ_s＜σ₂+σ_r2＜σ_p，从而实现通过高频振动时效消除残余应力的目的。

具体来说，小尺寸构件1安装在工作台31的上表面，在高频振动能量放大装置3的轴向共振频率下对小尺寸构件1进行高频振动时效处理，动态应变仪采集回来小尺寸构件1的动态应变信号，并将作用在小尺寸构件1上的峰值应变转换为作用在小尺寸构件1上的动应力，然后按照动应力需要满足的关系σ_s＜σ+σ_r＜σ_p，对功率驱动器的输出电流进行调整，从而确保作用在小尺寸构件1上的动应力满足高频振动时效的实验要求。在高频振动能量放大装置3的轴向共振频率下进行高频振动时效处理时，高频振动能量放大装置3能够输出较大的振动能量，从而提高高频振动时效消除小尺寸构件1残余应力的效果。

使用用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统消除小尺寸构件残余应力的方法包括以下步骤：

(1)、采用X射线衍射法获取小尺寸构件1的表层残余应力分布状态，确定峰值残余应力在小尺寸构件1上的具体位置以及第一主应力和第二主应力的方向，并将残余应力测试结果存储到残余应力分布状态存储模块中；

(2)、启动PC机中的有限元软件建立小尺寸构件1的有限元模型，对小尺寸构件1进行数值模态分析，得到小尺寸构件1的各阶弯曲振动的固有频率以及与各阶弯曲振动的固有频率相对应的各阶弯曲振动的位移振型与应变振型，并将各阶弯曲振动的固有频率、位移振型以及应变振型存储到模态参数存储模块中；

(3)、根据模态参数存储模块中存储的各阶弯曲振动的应变振型，确定各阶弯曲振动的应变振型的峰值应变的具体位置，并将峰值应变的具体位置结果存储到应变振型分布状态存储模块中，当应变振型峰值应变所在的位置与小尺寸构件1峰值残余应力所在的位置一致时，记录下该应变振型所对应的固有频率，并记为高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f；

(4)、以高频振动能量放大装置3的轴向共振频率为优化目标，其结构尺寸参数为设计变量，并采用正交实验法制定高频振动能量放大装置3的优化方案，然后采用有限元软件建立各个优化方案对应的有限元模型，并对各个优化方案进行数值模态分析，得到各个优化方案的轴向共振频率，并将轴向共振频率与高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f相一致的方案作为高频振动能量放大装置3的最优方案，且将最优方案的尺寸参数存储到高频振动能量放大装置3的参数存储模块中；

具体实施过程如下：

正交实验法是从次数众多的全面性试验中，挑选出次数较少且又具有代表性的组合条件进行试验。这些代表性的组合条件使得正交实验设计方案具有均衡搭配和整齐可比的特点。正是由于正交表所具有的这种特点，采用正交实验法安排实验方案，不仅可以有效地减少实验的次数，而且还可以获得可靠的实验分析结果。采用正交实验法对高频振动能量放大装置3进行优化设计，首先设计出图2所示的高频振动能量放大装置3的基本结构，然后采用正交实验法对高频振动能量放大装置3的结构尺寸进行优化，以设计出能够满足高频振动时效消除小尺寸构件1残余应力实验要求的高频振动能量放大装置3。高频振动能量放大装置3的尺寸参数包括工作台31的直径和厚度、支撑台33的直径和厚度、圆台形式的连杆32的小径(圆台形式的连杆32与工作台31相互接触端面的直径)、大径(圆台形式的连杆32与支撑台33相互接触端面的直径)以及长度。

(5)、对模态参数存储模块中存储的与高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f所对应的位移振型进行分析，得到其振动节线的具体位置以及振动节线的数目，并将结果存储到位移振型节线存储模块中；

(6)、根据高频振动能量放大装置3的参数存储模块中存储的最优方案的尺寸参数制造高频振动能量放大装置3，高频振动能量放大装置3包括安装小尺寸构件1的工作台31、固定在电磁式激振器运动部件4的激振台面5上的支撑台33以及连接工作台31与支撑台33的圆台形式的连杆32；圆台形式的连杆32的最大截面面积小于工作台31的截面面积，且圆台形式的连杆32的最大截面面积小于支撑台33的截面面积；圆台形式的连杆32的长度大于工作台31的厚度，且圆台形式的连杆32的长度大于支撑台33的厚度；

(7)、将小尺寸构件1装夹在工作台31上，工作台31与小尺寸构件1之间设置有垫块6，并且垫块6设置在小尺寸构件1的振动节线处；将应变片粘贴在峰值残余应力位置处，其中第一应变片21沿着小尺寸构件1的第一主应力方向粘贴，第二应变片22沿着小尺寸构件1的第二主应力方向粘贴；支撑台33固定在电磁式激振器运动部件4的激振台面5上，支撑台33与工作台31通过圆台形式的连杆32相连接；接通信号连线；接通电源；

(8)、PC机控制信号发生器输出高频振动时效的频率，该频率为高频振动能量放大装置3优化设计的目标频率f；缓慢调节功率驱动器的增益旋钮使得功率驱动器输出恒定的电流，驱动电磁式激振器产生高频振动，并通过高频振动能量放大装置3对小尺寸构件1进行高频振动时效处理；PC机中的应变波形获取模块获取动态应变仪采集到的小尺寸构件1输出的应变波形；PC机中的峰值应变提取模块提取应变波形的峰值应变；PC机中的动应力转换模块将峰值应变ε转换为作用在小尺寸构件1上的动应力σ，转变的关系为σ＝Eε，其中E为小尺寸构件1的弹性模量。

进一步，所述的信号连线包括应变片与动态应变仪之间的信号连线、动态应变仪与PC机之间的信号连线、PC机与信号发生器之间的信号连线、信号发生器与功率驱动器之间的信号连线以及功率驱动器与电磁式激振器之间的信号连线；所述的电源包括PC机、动态应变仪、信号发生器、功率驱动器以及电磁式激振器的电源。

本发明采用PC机控制，当用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统构建好时，后续处理过程完全由PC机进行控制，能够减少操作者的工作量、提高了处理的效率，因此本发明提出的用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统具有很高的智能化水平。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.使用用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统消除小尺寸构件残余应力的方法，所述的用于消除小尺寸构件残余应力的智能高频振动时效系统包括PC机、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪；PC机包括信号发生器驱动模块、动态应变仪驱动模块、残余应力分布状态存储模块、有限元软件、模态参数存储模块、应变振型分布状态存储模块、位移振型节线存储模块、高频振动能量放大装置优化设计模块、高频振动能量放大装置的参数存储模块、应变波形获取模块、峰值应变提取模块以及动应力转换模块；高频振动能量放大装置固定于电磁式激振器运动部件的激振台面上，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；所述的圆台形式的连杆的最大截面面积小于工作台的截面面积，且圆台形式的连杆的最大截面面积小于支撑台的截面面积；圆台形式的连杆的长度大于工作台的厚度，且圆台形式的连杆的长度大于支撑台的厚度；圆台形式的连杆的小端与工作台连接，且圆台形式的连杆的大端与支撑台连接，工作台和支撑台均为圆柱体；其特征在于方法按照如下步骤进行：

(1)、残余应力分布状态存储模块存储采用X射线衍射法获取的小尺寸构件的表层残余应力分布状态、峰值残余应力在小尺寸构件上的具体位置以及第一主应力和第二主应力的方向；有限元软件用于建立小尺寸构件的有限元模型，并对小尺寸构件进行数值模态分析，得到小尺寸构件的各阶弯曲振动的固有频率以及与各阶弯曲振动的固有频率相对应的各阶弯曲振动的位移振型与应变振型，并将各阶弯曲振动的固有频率、位移振型以及应变振型存储到模态参数存储模块中；应变振型分布状态存储模块存储各阶弯曲振动的应变振型的峰值应变的具体位置；应变振型峰值应变所在的位置与小尺寸构件峰值残余应力所在的位置一致时，记录下该应变振型所对应的固有频率，并记为高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f；位移振型节线存储模块存储与高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f所对应的位移振型的振动节线的具体位置以及振动节线的数目；小尺寸构件安装在工作台的上表面，工作台与小尺寸构件之间设置有垫块，并且垫块设置在小尺寸构件的振动节线处；垫块为具有弹性的垫块，且垫块的数目等于所述的振动节线的数目；应变片粘贴在小尺寸构件的峰值残余应力处，其中第一应变片沿着小尺寸构件的第一主应力方向粘贴，第二应变片沿着小尺寸构件的第二主应力方向粘贴；第一应变片和第二应变片的输出端与动态应变仪的输入端连接，动态应变仪的输出端与PC机连接；小尺寸构件的尺寸小于工作台的直径，以保证小尺寸构件全部位于工作台的上表面；

(2)、高频振动能量放大装置优化设计模块以高频振动能量放大装置的轴向共振频率为优化目标，高频振动能量放大装置的轴向共振频率等于小尺寸构件的弯曲振动的固有频率，其结构尺寸参数为设计变量，并采用正交实验法制定高频振动能量放大装置的优化方案，然后采用有限元软件建立各个优化方案对应的有限元模型，并对各个优化方案进行数值模态分析，得到各个优化方案的轴向共振频率，并将轴向共振频率与高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f相一致的方案作为高频振动能量放大装置的最优方案，且将最优方案的尺寸参数存储到所述的高频振动能量放大装置的参数存储模块中；根据高频振动能量放大装置的参数存储模块中存储的最优方案的尺寸参数制造高频振动能量放大装置；

(3)、PC机控制信号发生器输出高频振动时效的频率，该频率为高频振动能量放大装置优化设计的目标频率f；缓慢调节功率驱动器的增益旋钮使得功率驱动器输出恒定的电流，驱动电磁式激振器产生高频振动，并通过高频振动能量放大装置对小尺寸构件进行高频振动时效处理；通过调整功率驱动器的输出电流从而调整电磁式激振器输出的高频振动能量，使得σ₁与σ_r1之和以及σ₂与σ_r2之和满足σ_s＜σ₁+σ_r1＜σ_p以及σ_s＜σ₂+σ_r2＜σ_p，σ_s为小尺寸构件的屈服极限，σ_p为小尺寸构件的疲劳极限，σ₁为作用在第一主应力方向上的动应力，σ₂为作用在第二主应力方向上的动应力，σ_r1为第一主应力，σ_r2为第二主应力。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的动态应变仪为多通道、实时显示应变波形的应变仪。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的信号发生器驱动模块安装有驱动信号发生器的软件，实现PC机对信号发生器的控制；所述的动态应变仪驱动模块安装有驱动动态应变仪的软件，实现PC机对动态应变仪的控制和数据读取；所述的应变波形获取模块获取动态应变仪采集到的小尺寸构件输出的应变波形；所述的峰值应变提取模块提取应变波形的峰值应变；所述的动应力转换模块将峰值应变ε转换为作用在小尺寸构件上的动应力σ，转变的关系为σ＝Eε，其中E为小尺寸构件的弹性模量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的有限元软件为ANSYS有限元软件。

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