(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111331411.5 (22)申请日 2021.11.11 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 李迎光　刘长青　赵智伟　郝小忠　 (74)专利代理 机构 南京天华专利代理有限责任 公司 32218 代理人 瞿网兰 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于变形力的初始残余应力场推断方 法 (57)摘要 一种基于变形力的初始残余应力场推断方 法， 其特征是： 包括以下步骤： 首先， 建立零件加 工过程中变形力 ‑初始残余应力之间的力学模 型， 在测量点布置力传感器， 记录零件加工间隙 测量点力传感器的变化得到变形力， 进而利用反 求方法推断零件的初始残余应力场。 本发明利用 了变形力是整体初始残余应力场的作用结果， 实 现了对零件初始残余应力场的推断， 推断精度 高。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 114154364 A 2022.03.08 CN 114154364 A 1.一种基于变形力的初始 残余应力场推断方法， 其特 征在于： 首先， 建立零件加工过程中变形力 ‑初始残余应力之间的力学模型， 如式(1)所示： Mσ ＝F               (1) 其中， M是体积系数矩阵， F是变形力， σ 是零件的初始残余应力场； 变形力F通过在测量 点布置力传感器， 记录零件加工间隙测量 点力传感器的变化得到； 其次， 经过变换得到初始 残余应力场σ 的反向求 解模型， 如式(2)所示： σ ＝g(F)                (2) 其中， g是反向求解函数； 监测零件加工中的变形力， 利用反求方法推断零件的初始残 余应力场。 2.根据权利要求1所述的基于变形力的初始残余应力场推断方法， 其特征在于： 所述的 体积系数矩阵中的值通过计算每个区域的单位残余应力对测 量点的变形力的影响大小获 得。 3.根据权利要求2所述的基于变形力的初始残余应力场推断方法， 其特征在于： 通过有 限元计算实现对每 个区域的单位残余应力对测量 点的变形力计算。 4.根据权利要求1所述的基于变形力的初始残余应力场推断方法， 其特征在于： 所述的 反求方法包括： 当M矩阵为病态矩阵时， 通过反问题求解方法求解初始残余应力值， 反求方法选用 Tikhonov正则化， 如式(3)所示： 其中， P是权重矩阵， 优选单位矩阵， 是推断的初始残余应力值， 是测量得到的变形 力， λ*是超参数， 优选广义交叉验证方法获取最优 超参数； 当M矩阵为非病态矩阵时， 通过直接求解M矩阵的逆矩阵， 右乘变形力向量求解初始残 余应力值， 如式(4)所示： 其中， M‑1是M的逆矩阵。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114154364 A 2一种基于变形力的初始 残余应力场推断方 法 技术领域 [0001]本发明涉及材料应力测量技术领域， 尤其是一种残余应力的确定方法， 具体地说 是一种基于变形力的初始 残余应力场推断方法。 背景技术 [0002]残余应力产生于零件的铸造、 成形和加工等过程中。 残余应力的存在影响加工过 程中的加工精度、 材料强度、 尺寸稳定性以及加工后的一段时间内的抗疲劳性能。 因此， 推 断零件的残余应力场， 对于零件设计、 制造和装配的整个生命周期具有重要的作用及意义。 尤其是毛坯内部的初始残余应力， 其松弛和重分布将会导致加工变形， 变形会影响零件的 尺寸精度、 装配工艺， 进而影响产品的承载能力、 安全性和稳定性， 其推断是加工过程中最 关键的问题之一。 初始残余应力也是一个评估疲劳寿命和时效变形 的重要指标。 由于不同 的工件初始残余应力分布不同,每个工件初始残 余应力场的推断对于零件的加工制造具有 重要意义的。 [0003]现有的残余应力测量方法分为非破坏法与破坏法， 非破坏法多以放射性测量及超 声测量为主， X射线法和超声法由于测量深度有限， 需要逐层破坏零件测量残余应力场； 其 余方法如中子衍射和同步辐 射法需要中子源和同步辐 射器， 难以在实际中使用； 并且所有 的无损测 量方法均需要零应力试样用以标定应力， 而零应力试样难以制 造， 所以无损测量 方法的精度受到限制， 也难以准确 测量零件整体残余应力场。 [0004]破坏法需要破坏材料， 因此多采用零件的试样， 通过加工释放应变， 利用测量的局 部应变得到残余应力， 不仅其测量方法的精度容易受到破坏材料引入的应力而受到影响， 而且零件必须被破坏， 而难以实现对每 个零件的整体初始 残余应力场的测量。 [0005]综上所述， 对于上述测量方法， 需要将局部区域或整个工件切割为试样来计算残 余应力场。 然 而， 同批工件的残余应力分布不同， 因此难实现对每 个工件的残余应力测量。 发明内容 [0006]本发明的目的是现有的残余应用测量方法需要将局部区域或整个工件切割为试 样来计算残余应力场， 而受同批工件的残余应力分布不同而难以实现对每个工件的残余应 力测量的问题， 发明一种利用加工中的变形力推断零件的初始残余应力场的基于变形力的 初始残余应力场推 断方法。 由于零件变形力是一种宏观力， 在加工中是材料内部整体初始 残余应力作用于装夹装置产生的， 因此本发明能够体现初始 残余应力的整体作用。 [0007]本发明的技 术方案是： [0008]一种基于变形力的初始残余应力场推断方法， 其特征是： 包括， 建立零件加工过程 中变形力 ‑初始残余应力之间的力学模型； [0009]Mσ ＝F [0010]其中， M是体积系数矩阵， F是变形力， σ 是零件的初始残余应力场； 变形力F通过在 测量点布置力传感器， 记录零件加工间隙测量点力传感器的变化得到； 进一步得到初始残说　明　书 1/3 页 3 CN 114154364 A 3