基于傅里葉變換的加工表面應力集中系數建模*

黃 爍，宋儼軒，殷國富

(四川大學機械工程學院，成都 610065)

0 引言

機械加工會對零件的表面形貌造成損傷，使得零件局部高度應力集中，加速了零件疲勞裂紋的萌生，使得零件疲勞強度下降、壽命減短[1]。為了預測及提高航空零件的疲勞壽命，學者們開始研究零件表面幾何形貌與壽命之間的聯系[2]。據前蘇聯進行的大量表面完整性研究顯示，零件的表面粗糙度對疲勞強度的影響最大，達到了50%～60%，因此降低零件表面粗糙度是提高疲勞強度的重要措施[3]。

表面粗糙度Ra表征了工件的形貌特征。研究表明在無殘余應力的情況下，Ra超過0.1 μm對疲勞壽命有顯著影響[4]。但隨著各種計算需要，表征零件表面形貌特征的參數越來越多，考慮的因素愈漸復雜。學者們認為單一的Ra沒有考慮到疲勞損傷發生的物理誘因，即由于加工表面不光滑引起的應力集中。因此，AROLA、NEUBER等[5-7]提出了應力集中系數Kt的概念，將輪廓谷底曲率半徑ρ、微觀不平度十點高度Rz等因素考慮其中，把表面幾何特征與局部應力狀態聯系在一起，更為客觀地表征了表面形貌對于疲勞壽命的影響。

但在使用Arola模型預測應力集中系數時面臨兩個問題：

一是測量輪廓谷底曲率半徑ρ時一般采用半徑規比對[6]，這樣的測量手段具有極大的主觀測量誤差與隨機性誤差[8]，無法真正應用在加工質量評定中。為了解決第一個問題，LI、XIONG、AS等[9-11]采用了貝塞爾插值函數對輪廓曲線擬合重構,通過計算得到ρ，將整個參數識別過程自動化。……