CN117629487A - 一种回转体残余应力均匀性评价方法及电子设备 - Google Patents

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杨艳慧
袁润冲
杨豪
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Abstract

本发明公开了一种回转体残余应力均匀性评价方法及电子设备，涉及残余应力评价技术领域，方法包括：获取回转体的位置数据集；获取回转体的应力数据集；根据位置数据集和应力数据集，采用极坐标形式，绘制回转体残余应力分布多边形示意图；根据所述回转体残余应力分布多边形示意图，采用圆度方式，计算回转体残余应力均匀性。本发明根据各应力测点的应力值和角度将各应力测点表示在极坐标系中，以精准地描述回转体残余应力的分布；并且创新地采用圆度评价法，结合各应力测点的应力值和角度来进行回转体残余应力均匀性评价，保证了回转体残余应力均匀性评价的准确性和客观性。

Description

一种回转体残余应力均匀性评价方法及电子设备
技术领域
本发明涉及残余应力评价技术领域，特别是涉及一种回转体残余应力均匀性评价方法及电子设备。
背景技术
由于盘、盘轴、环类件均为回转体零件，具有轴对称特点，且雷达图能够显示多个数据的特征，故采用将盘、盘轴、环类件各特征测试面上测点的残余应力数据绘制成雷达图的形式。
雷达图可以直观、形象地表示回转体零件各特征测试面上的残余应力数值大小。但是在实际测试中，由于测试时可能会对工件造成损伤，因此经常会存在测试失败或者测点数据异常的情况，所以需要进行复测，即需要在测点附近(偏离测点所在周向位置)重新进行测试。
但是，雷达图无法表示各测点角度上的偏差。并且，现有的残余应力均匀性评价方法很少考虑到上述情况，现有残余应力均匀性评价方法在进行残余应力评价时，经常默认各测点是均匀分布的，也就是说所有测点之间的夹角都是相同的，因此，当遇到某个测点测试失败需要在其附近重新选择测点进行测试的情况时，其评价结果没有考虑由测点位置偏差引入的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种回转体残余应力均匀性评价方法及电子设备，结合各应力测点的应力值和角度的方式来进行回转体残余应力均匀性评价，以达到评价准确性和客观性的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
第一方面，本发明提供了一种回转体残余应力均匀性评价方法，所述方法包括：
获取回转体的位置数据集；所述位置数据集包括位于所述回转体上的各个应力测点所在位置的角度数据；
获取回转体的应力数据集；所述应力数据集包括位于所述回转体上的各个应力测点的应力数据；
根据位置数据集和应力数据集，采用极坐标形式，绘制回转体残余应力分布多边形示意图；
根据所述回转体残余应力分布多边形示意图，采用圆度方式，计算回转体残余应力均匀性。
可选的，在执行步骤根据位置数据集和应力数据集，采用极坐标形式，绘制回转体残余应力分布多边形示意图之前，还包括：
当回转体应力测点存在测试失败情况时，将新的应力测点所在位置的角度数据替换测试失败的应力测点所在位置的角度数据，将新的应力测点的应力数据替换测试失败的应力测点的应力数据，得到更新后的位置数据集和应力数据集；其中，新的应力测点为在测试失败的原应力测点附近位置重新选取的应力测点。
可选的，所述获取回转体各个应力测点的位置数据集，具体包括：
根据回转体的外形尺寸参数，确定各个应力测点的位置数据；各个所述应力测点位于同一个圆的圆周上，所述圆的圆心与回转体的回转轴重合，并且所述圆的圆周所在的平面与回转体的回转轴垂直；
选择任一应力测点作为第一应力测点，沿着同一旋转方向依次确定第二应力测点、第三应力测点、…、第N应力测点，N为应力测点的数量，并将第一应力测点所在位置的角度确定为0°，将第i应力测点所在位置的角度确定为第i应力测点所在位置与第一应力测点所在位置之间的夹角，1<i≤N。
可选的，所述获取回转体各个应力测点的应力数据集具体包括：
获取三角应变片采集的各个应力测点的应力数据；其中，三角应变片设置在各个应力测点的位置处。
可选的，在回转体残余应力分布多边形示意图中，将所述各个应力测点表示为
其中，为第i应力测点的应力值；αi为第i应力测点所在位置的角度。
可选的，根据所述回转体残余应力分布多边形示意图，采用圆度方式，计算回转体残余应力均匀性，具体包括：
采用如下公式计算回转体残余应力均匀性P：
其中，N为应力测点的数量，∑σθ为所有测点应力值的总和，R为极坐标系上多边形区域最大的内切圆半径；所述多边形区域为所有应力测点所围成的区域；所述应力包括周向应力和径向应力。
可选的，在回转体残余应力分布多边形示意图中，用不等式表示所述多边形区域；所述不等式为：
Aircosθ+Birsinθ+Ci≥0，i＝1,2,3,…,n；
其中，n为所述多边形区域的边数，其中，多边形区域的边数与所述应力测点的数量相同；Ai、Bi、Ci分别为所述多边形第i条边所在直线的直线方程的系数，r、θ分别为是所述多边形区域内的坐标点的极径和极角。
可选的，所述多边形区域最大的内切圆半径的计算过程为：
在回转体残余应力分布多边形示意图中，当所述多边形区域为凸多边形时，计算极坐标原点到所述凸多边形各条边所在直线的距离，并将最小距离确定为所述多边形区域最大的内切圆半径R。
可选的，所述多边形区域最大的内切圆半径的计算过程为：
在回转体残余应力分布多边形示意图中，当所述多边形区域为凹多边形时，计算极坐标原点到所述凹多边形各条边所在直线交点的距离，并将最小距离确定为所述多边形区域最大的内切圆半径R。
第二方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行第一方面所述的一种回转体残余应力均匀性评价方法的步骤。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种回转体残余应力均匀性评价方法及电子设备，方法包括：获取回转体的位置数据集；获取回转体的应力数据集；根据位置数据集和应力数据集，采用极坐标形式，绘制回转体残余应力分布多边形示意图；根据所述回转体残余应力分布多边形示意图，采用圆度方式，计算回转体残余应力均匀性。相较于现有技术中采用雷达图表征各应力测点残余应力的分布，无法表示各应力测点的角度偏差，以及在进行残余应力均匀性评价时，不能顾及各应力测点之间出现角度偏差的情况，导致评价结果不够准确，本发明根据各应力测点的应力值和角度将各应力测点表示在极坐标系中，以精准地描述回转体残余应力的分布；并且创新地采用圆度评价法，结合各应力测点的应力值和角度来进行回转体残余应力均匀性评价，保证了回转体残余应力均匀性评价的准确性和客观性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的回转体残余应力均匀性评价方法流程图；
图2为本发明实施例提供的残余应力极坐标分布表示法示意图；
图3为本发明实施例提供的不同截面形状环形件图；
图4为本发明实施例提供的盘类件截面形状图；
图5为本发明实施例提供的盘轴类件截面形状图；
图6为本发明实施例提供的残余应力分布多边形示意图；
图7为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更准确地描述测点上残余应力的分布，本发明提出了极坐标表示法。系统地建立了盘、盘轴、环件残余应力及其分布均匀性的表征和评价方法。该方法可方便地绘制出测点位于任意周向角度时候(即测点沿周向不均匀分布)的残余应力分布情况，并能够计算得到精准的残余应力均匀性评价结果。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种回转体残余应力均匀性评价方法，所述方法包括：
步骤100：获取回转体的位置数据集；所述位置数据集包括位于所述回转体上的各个应力测点所在位置的角度数据；
步骤200：获取回转体的应力数据集；所述应力数据集包括位于所述回转体上的各个应力测点的应力数据；
步骤300：根据位置数据集和应力数据集，采用极坐标形式，绘制回转体残余应力分布多边形示意图；
步骤400：根据所述回转体残余应力分布多边形示意图，采用圆度方式，计算回转体残余应力均匀性。
在一些实施例中，针对目前盘、盘轴、环等回转件残余应力及分布均匀性没有系统的、定量的分析和评价方法，由此导致盘、盘轴、环件残余应力调控没有数据支持和依据的难题。回转体残余应力均匀性评价方法还可以包括：获取回转体特征参数、确定测点位置；钻孔参数设置；获取测点附近应力状态；对测件整体残余应力做出均匀性评价，以此充分、全面地分析残余应力，为研究盘、盘轴、环件残余应力调控和消除提供评价依据。
在一些实施例中，在执行步骤300之前，还包括：
当回转体应力测点存在测试失败情况时，将新的应力测点所在位置的角度数据替换测试失败的应力测点所在位置的角度数据，将新的应力测点的应力数据替换测试失败的应力测点的应力数据，得到更新后的位置数据集和应力数据集；其中，新的应力测点为在测试失败的原应力测点附近位置重新选取的应力测点。
在一些实施例中，步骤100具体包括：
步骤101：根据回转体的外形尺寸参数，确定各个应力测点的位置数据；各个所述应力测点位于同一个圆的圆周上，所述圆的圆心与回转体的回转轴重合，并且所述圆的圆周所在的平面与回转体的回转轴垂直。
步骤102：选择任一应力测点作为第一应力测点，沿着同一旋转方向依次确定第二应力测点、第三应力测点、…、第N应力测点，N为应力测点的数量，并将第一应力测点所在位置的角度确定为0°，将第i应力测点所在位置的角度确定为第i应力测点所在位置与第一应力测点所在位置之间的夹角，1<i≤N。
在一些实施例中，需要根据不同的回转体类型确定初始应力测点位置，不同的回转体类型包含的不同的特征参数：
(1)环形件结构特征
参见图2，根据形状特点，典型环形件产品可分为五种：(a)矩形，(b)C形，(c)L形，(d)I形，(e)F形，(f)T形；将上述各类型环形件特征参数总结示于表1-1。
表1-1不同截面形状环形件特征参数
其中，D表示直径，H表示高度，L表示宽度。
(2)盘类件结构特征参数
参见图3，针对图3所示的盘类件，表1-2给出了典型特征参数。
表1-2盘类件特征参数
其中，D1、D2表示腹板外径，D3、D4表示轮毂直径，D5外缘直径，H表示各部位高度。
(3)轴类件结构特征参数
参见图4，针对图4所示的轴类件，表1-3给出了典型特征参数。
表1-3盘轴类件特征参数
其中，D表示轴/盘轴各部位直径，H表示轴/盘轴各部位高度，L表示轴/盘轴各部位宽度。另外，对于轴类件，一般盘部较大的一般称为盘轴，盘部较小的直接叫轴类。
在一些实施例中，步骤200具体包括：
步骤201：获取三角应变片采集的各个应力测点的应力数据；其中，三角应变片设置在各个应力测点的位置处。
在一些实施例中，步骤201具体包括：
在应力测点位置进行打磨清洁，在应力测点位置贴上三角应变片，设置钻孔参数，钻孔参数包括钻孔直径、钻孔深度、孔相对于回转体圆心的半径以及角度，钻孔直径在1.9mm在2.1mm之间，钻孔深度大于钻孔直径的1.2倍。在同一端面(或环面)上的测点位置相对于回转体圆心的半径相同，角度根据应力测点个数等分；如，共设置8个应力测点，每个测点45°等分，各应力测点在相应测试平面的1/2处。
在所述三角应变片圆心位置处进行钻孔，记录每个测点应力值。
在一些实施例中，如图5所示，在回转体残余应力分布多边形示意图中，将所述各个应力测点表示为其中，/>为第i应力测点的应力值；αi为第i应力测点所在位置的角度。
也就是根据记录的各应力测点径向应力、周向应力(或环向应力)、应力测点角度，绘制残余应力分布极坐标图。
极坐标系是一个二维坐标系统，该坐标系统中任意位置可由一个夹角和一段相对原点—极点的距离来表示。采用极坐标表示法，能够准确地描述测点上残余应力的分布。
以圆周8个测点为例，对于圆周上八个点位置没有均匀分布的情况，可采用极坐标法表达其相对位置关系与应力值，步骤如下：
首先将1号应力测点确定为0度角的点，其位置可用极坐标表示为 表示1号点周向应力值，径向应力表示同理；
根据2号应力测点与1号应力测点的相对位置关系，其位置可用极坐标表示为 表示2号应力测点周向应力值，α1为1号应力测点O1与2号应力测点O2的夹角；则3号应力测点位置可用极坐标表示为/>通过以上方法可以确定圆周上8个应力测点的位置及应力值，用直线依次连接各应力测点即可得到残余应力分布的多边形(参见图5)。
参见图6，在一些实施例中，步骤400具体包括：
采用如下公式计算回转体残余应力均匀性P：
其中，N为应力测点的数量，∑σθ为所有测点应力值的总和，R为极坐标系上多边形区域最大的内切圆半径；所述多边形区域为所有应力测点所围成的区域；所述应力包括周向应力和径向应力。P值越小说明残余应力分布越均匀。
例如，当应力测点为8个时，为8个点周向应力值的总和(绝对值)。
在一些实施例中，在回转体残余应力分布多边形示意图中，用不等式表示所述多边形区域；所述不等式为：
Aircosθ+Birsinθ+Ci≥0，i＝1,2,3,…,n，(2)；
其中，n为所述多边形区域的边数，其中，多边形区域的边数与所述应力测点的数量相同；Ai、Bi、Ci分别为所述多边形第i条边所在直线的直线方程的系数，r、θ分别为是所述多边形区域内的坐标点的极径和极角。
上述不等式用直坐标系表示为：
Aix+Biy+Ci≥0,i＝1,2,3,…,n，(3)；
其中，x、y分别为是所述多边形区域内的坐标点的x坐标和y坐标.
在一些实施例中，所述多边形区域最大的内切圆半径的计算过程为：
在回转体残余应力分布多边形示意图中，当所述多边形区域为凸多边形时，计算极坐标原点到所述凸多边形各条边所在直线的距离，并将最小距离确定为所述多边形区域最大的内切圆半径R。
判断残余应力分布多边形为凸多边形还是凹多边形方法为：多边形任意内角均小于180°为凸多边形，至少存在一个内角大于180°为凹多边形。
在一些实施例中，所述多边形区域最大的内切圆半径的计算过程还为：
在回转体残余应力分布多边形示意图中，当所述多边形区域为凹多边形时，计算极坐标原点到所述凹多边形各条边所在直线交点的距离，并将最小距离确定为所述多边形区域最大的内切圆半径R。
实施例二
本实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述实施例中中所述一种回转体残余应力均匀性评价方法的步骤。
请参见图7，图7是本申请提供的一种电子设备的结构示意图。如图7所示，电子设备1000可以包括：处理器1001，网络接口1004和存储器1005，此外，电子设备1000还可以包括：用户接口1003，和至少一个通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口1003可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器1001的存储装置。如图7所示，作为一种电子存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及设备控制应用程序。
在图7所示的电子设备1000中，网络接口1004可提供网络通讯功能；而用户接口1003主要用于为用户提供输入的接口；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的设备控制应用程序，以实现上述实施例所述一种回转体残余应力均匀性评价方法，这里将不再进行赘述。
综上所述，本发明具有以下优点：
本发明根据各应力测点的应力值和角度将各应力测点表示在极坐标系中，能够精准地描述回转体残余应力的分布；并且创新地采用圆度评价法，结合各应力测点的应力值和角度来进行回转体残余应力均匀性评价，保证了回转体残余应力均匀性评价的准确性和客观性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种回转体残余应力均匀性评价方法，其特征在于，所述方法包括：
获取回转体的位置数据集；所述位置数据集包括位于所述回转体上的各个应力测点所在位置的角度数据；
获取回转体的应力数据集；所述应力数据集包括位于所述回转体上的各个应力测点的应力数据；
根据位置数据集和应力数据集，采用极坐标形式，绘制回转体残余应力分布多边形示意图；
根据所述回转体残余应力分布多边形示意图，采用圆度方式，计算回转体残余应力均匀性。
2.根据权利要求1所述一种回转体残余应力均匀性评价方法，其特征在于，在执行步骤根据位置数据集和应力数据集，采用极坐标形式，绘制回转体残余应力分布多边形示意图之前，还包括：
当回转体应力测点存在测试失败情况时，将新的应力测点所在位置的角度数据替换测试失败的应力测点所在位置的角度数据，将新的应力测点的应力数据替换测试失败的应力测点的应力数据，得到更新后的位置数据集和应力数据集；其中，新的应力测点为在测试失败的原应力测点附近位置重新选取的应力测点。
3.根据权利要求1所述一种回转体残余应力均匀性评价方法，其特征在于，所述获取回转体各个应力测点的位置数据集，具体包括：
根据回转体的外形尺寸参数，确定各个应力测点的位置数据；各个所述应力测点位于同一个圆的圆周上，所述圆的圆心与回转体的回转轴重合，并且所述圆的圆周所在的平面与回转体的回转轴垂直；
选择任一应力测点作为第一应力测点，沿着同一旋转方向依次确定第二应力测点、第三应力测点、…、第N应力测点，N为应力测点的数量，并将第一应力测点所在位置的角度确定为0°，将第i应力测点所在位置的角度确定为第i应力测点所在位置与第一应力测点所在位置之间的夹角，1<i≤N。
4.根据权利要求1所述一种回转体残余应力均匀性评价方法，其特征在于，所述获取回转体各个应力测点的应力数据集具体包括：
获取三角应变片采集的各个应力测点的应力数据；其中，三角应变片设置在各个应力测点的位置处。
5.根据权利要求1所述一种回转体残余应力均匀性评价方法，其特征在于，在回转体残余应力分布多边形示意图中，将所述各个应力测点表示为
其中，为第i应力测点的应力值；αi为第i应力测点所在位置的角度。
6.根据权利要求1所述一种回转体残余应力均匀性评价方法，其特征在于，根据所述回转体残余应力分布多边形示意图，采用圆度方式，计算回转体残余应力均匀性，具体包括：
采用如下公式计算回转体残余应力均匀性P：
其中，N为应力测点的数量，∑σθ为所有测点应力值的总和，R为极坐标系上多边形区域最大的内切圆半径；所述多边形区域为所有应力测点所围成的区域；所述应力包括周向应力和径向应力。
7.根据权利要求6所述一种回转体残余应力均匀性评价方法，其特征在于，在回转体残余应力分布多边形示意图中，用不等式表示所述多边形区域；所述不等式为：
Aircosθ+Birsinθ+Ci≥0，i＝1,2,3,…,n；
其中，n为所述多边形区域的边数，其中，多边形区域的边数与所述应力测点的数量相同；Ai、Bi、Ci分别为所述多边形第i条边所在直线的直线方程的系数，r、θ分别为是所述多边形区域内的坐标点的极径和极角。
8.根据权利要求6所述一种回转体残余应力均匀性评价方法，其特征在于，所述多边形区域最大的内切圆半径的计算过程为：
在回转体残余应力分布多边形示意图中，当所述多边形区域为凸多边形时，计算极坐标原点到所述凸多边形各条边所在直线的距离，并将最小距离确定为所述多边形区域最大的内切圆半径R。
9.根据权利要求6所述一种回转体残余应力均匀性评价方法，其特征在于，所述多边形区域最大的内切圆半径的计算过程为：
在回转体残余应力分布多边形示意图中，当所述多边形区域为凹多边形时，计算极坐标原点到所述凹多边形各条边所在直线交点的距离，并将最小距离确定为所述多边形区域最大的内切圆半径R。
10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-9中任一项所述一种回转体残余应力均匀性评价方法的步骤。
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