北京航空航天大学学报

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孙殿柱, 史阳, 刘华东, 李延瑞

2013, 39(8): 995-998.

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摘要:
提出一种将遗传算法和O'Rourke算法相融合的最小包围盒求解算法,以O'Rourke算法中的体积函数作为遗传算法的目标函数,采用遗传算子指导解的搜索方向,通过新种群的迭代生成过程缩小搜索区域与体积误差,种群迭代结束后对最优个体解码获得最小包围盒.实验结果表明,该算法可在满足最小包围盒体积精度的同时显著提高算法的运行效率,能够有效处理各种复杂散乱点云数据的最小包围盒快速求解问题.

纵向过载环境下变质量欧拉梁动特性分析方法

邢誉峰, 谢珂, 潘忠文

2013, 39(8): 999-1003,1061.

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摘要:
过载是火箭的真实环境.考虑纵向过载环境,根据Hamilton变分原理,得到了欧拉梁变系数横向自由振动微分方程,证明了该变系数系统存在满足刚度和质量正交条件的本征解,揭示了纵向过载环境下欧拉梁本征函数的非对称性.用本征向量叠加方法和改进欧拉中点直接积分算法求解了该变系数系统的动态响应,二者结果的一致性说明该理论推导的正确性和方法的可行性.

直觉模糊制造知识驱动的公差稳健优化设计

谭昌柏, 侯东旭, 卫炜, 付睿

2013, 39(8): 1004-1010.

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摘要:
鉴于各类制造因素在表述方式、度量方法及其与成本的关系等方面均存在一定的模糊性和可变性,基于直觉模糊集理论和稳健设计原理,提出了直觉模糊制造知识驱动的公差稳健设计方法.首先,从工艺装备价值、零件可加工性、加工工艺属性、产品属性、人员技术水平等5个方面建立直觉模糊制造知识集,研究了知识元素构成和元素水平划分;然后,建立了包含目标层、准则层和知识层的制造成本评估指标体系,采用多级直觉模糊综合评判法计算制造成本因子φ,与传统模糊综合评判相比,更符合真实评判逻辑;最后,结合成本-公差模型和装配模糊质量损失函数,建立了公差的模糊稳健优化模型.该方法符合面向制造的设计理念,综合考虑了各类制造知识对公差设计的影响,航空油箱装配的实例分析表明了该方法可行,且具有好的灵活性和鲁棒性等优点.

基于一维传感器的四维力测试平台设计与分析

梁建宏, 栾玉宝, 王田苗, 张骞

2013, 39(8): 1011-1015.

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摘要:
利用一维力/力矩传感器设计可以测量升力、滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩的四维测试平台.通过将3个相同的拉压力传感器并联,并利用万向节作连接件,解决了多维传感器的维间耦合误差问题,可以将3个传感器输出的力通过解耦矩阵准确无误地计算出2个力矩和1个力,从原理上完全解耦,提高了多维传感器的精度.同时此种安装方式结构简单,方便拆卸.分析了测试台的各种误差来源,并求解出误差传递函数,计算出由机械平台水平度和传感器安装误差给测试平台带来的系统误差不超过0.5%,同时分析了传感器测量精度对测试系统随机误差的影响,并计算了使用某型号传感器时的随机误差对系统整体误差的影响,验证了该方案的高精度性.

不同传感器精度下的地形辅助导航系统性能评估

赵龙, 颜廷君

2013, 39(8): 1016-1019.

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摘要:
为完成地形辅助导航系统的传感器选型以及改进地形匹配算法和地形辅助导航系统可靠性的研究,开展了传感器精度对地形匹配概率的影响研究.针对不同的地形,分析了高度表误差、速度误差和航向角误差对地形匹配概率的影响,并根据实际要求通过仿真计算确定地形匹配系统中各传感器的误差范围.利用丘陵、山地和高山地等大量地形数据进行测试验证,仿真结果表明:在地形匹配概率大于90%时,速度误差小于2.2 m/s,航向角误差小于0.6°,高度表噪声标准差小于16.4 m.

模拟海洋环境中两种结构钢焊接接头腐蚀特性

于美, 王瑞阳, 刘建华, 李松梅

2013, 39(8): 1020-1025.

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摘要:
采用周浸实验模拟海水周期浸润环境,中性盐雾实验模拟海洋大气环境,加以恒载荷拉伸应力条件研究了10CrNi3MoV和12MnSiNiCrMo两种结构钢焊接接头的腐蚀特性,并测试分析了其焊接接头各处的动电位极化曲线.通过金相分析研究了两种钢焊缝区、热影响区与母材的显微组织差别.结果表明:两种钢的焊缝区较母材更易发生腐蚀,应力腐蚀断裂位置均位于焊缝区,且焊缝区腐蚀电流密度最大,母材最小;10CrNi3MoV钢焊接接头的耐蚀性能要好于12MnSiNiCrMo钢,在较低和较高应力水平下10CrNi3MoV钢焊接接头的耐应力腐蚀性能也优于12MnSiNiCrMo钢,同时12MnSiNiCrMo钢各区腐蚀电流密度都远大于10CrNi3MoV钢.焊接后不同区域金相组织的差别是造成上述现象的原因,母材区适量的针状铁素体能够保持其强韧性和耐蚀性,焊缝区过量的铁素体则导致其耐蚀性和耐应力腐蚀性能降低.

大型无人机电源系统故障诊断专家系统

张秦岭, 郭宏, 姜旭

2013, 39(8): 1026-1030.

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摘要:
在以PXI总线和虚拟仪器技术为核心的测试系统平台基础上,针对大型无人机机载电源系统及典型配电结构,通过故障模式分析和故障树设计等手段,设计了适用于大型无人机机载电源系统的故障诊断专家系统来推理故障原因、定位故障位置和提出解决措施.在该系统中,建立了基于规则的正向推理专家知识库并引入置信度因子来解决故障的非精确推理问题.通过某型无人机电源系统的试验验证,本系统可有效提高测试的智能化程度,满足无人机机载系统的维修性、保障性要求.

日地系L2点与日火系L1点转移轨道设计

吕敬, 张明明, 张永威

2013, 39(8): 1031-1036.

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将太阳-地球-火星-飞行器组成的四体问题分解成由太阳-地球-飞行器和太阳-火星-飞行器两个共面圆形限制性三体问题,设计日地系L2点与日火系L1点Lyapunov轨道之间的转移轨道,该转移轨道可以作为探测火星时的低能中间转移轨道.采用Richardson三阶近似解作为初始值,运用微分修正方法分别得到两个不同三体系统下拉格朗日点的精确Lyapunov轨道.基于Lyapunov轨道不变流形以及微分修正方法,设计了日地系L2点与日火系L1点间的转移轨道.将所得结果与基于Halo轨道不变流形设计的转移轨道进行了对比.结论表明:利用Lyapunov轨道不变形设计探火中间转移轨道相较于利用Halo轨道不变流形设计探火中间转移轨道在能量消耗以及飞行时间上都存在优势.

带防热层复合材料锥壳热固化变形的数值模拟

张纪奎, 马志阳, 李学梅, 程小全

2013, 39(8): 1037-1041.

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摘要:
采用数值模拟方法研究带防热层缠绕成型复合材料锥壳热固化变形的形成机理和影响因素.建立了带防热层复合材料锥壳热固化变形预测的三维有限元程序.计算结果表明:外层防热材料和内层结构材料热膨胀系数不匹配是引起壳体固化变形的主要原因.提出在内层和外层之间增加中间过渡层的方法控制壳体的固化变形,中间层材料为丁腈橡胶片时可使固化变形减小20%以上.采用数值模拟方法讨论了中间层模量、厚度以及缠绕张力对壳体固化变形的影响,分析结果表明:固化变形随中间层模量的增加而增加,随中间层厚度的增加略有减小;缠绕张力释放增加壳体的固化变形,缠绕张力越大引起的固化变形越大.

基于代理模型的高超声速飞行器协同优化设计

马树微, 杜斌, 陈万春

2013, 39(8): 1042-1047.

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建立了类X-51A高超声速飞行器的多学科模型,包括外形、气动、推进、质量、热流、弹道等学科.采用多学科设计优化(MDO, Multidisciplinary Design Optimization)方法中的协同优化(CO, Collaborative Optimization)进行了计算,计算流程中构建了两个子系统优化器与弹道学科的代理模型,使用代理模型替代了计算耗时的真实模型.同时为了对比,采用了多学科可行法(MDF, Multidisciplinary Feasible Method)进行了优化计算.结果表明,二者的优化结果基本一致,优化之后的飞行器质量比初始构型飞行器降低了15.2%,航程提升了63.5%,并且使用代理模型后计算效率也得到了很大的提升.验证了基于代理模型的协同优化方法应用于高超声速飞行器设计中的有效性.

多变量模型参考自适应控制及在飞行控制中的应用

姜旭, 张秦岭

2013, 39(8): 1048-1052.

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摘要:
讨论了多变量模型参考自适应控制及其在飞行控制中的应用问题.针对相对阶任意的多输入多输出线性时不变系统,提出了一种模型参考自适应控制方案.基于SDU分解,仅要求高频增益矩阵的顺序主子式的符号已知,从而放宽了对高频增益矩阵的限制.通过构造合适的Lyapunov函数,证明了闭环系统的全局稳定性和跟踪误差的渐进收敛性.将所提方案应用到了飞行控制系统,仿真结果验证了所提方案的有效性.

热气防冰系统中短小销钉强化传热数值模拟

卜雪琴, 陈雨晨, 林贵平, 彭珑

2013, 39(8): 1053-1057.

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摘要:
热气防冰是目前飞机常用的防冰技术之一,为了提高热气防冰系统的防冰效率,提出使用短小销钉绕流强化传热的方式.利用计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)的方法研究了不同结构阵列销钉绕流对双蒙皮防冰通道的强化传热效果和流动阻力的影响,主要包括:销钉高径比、销钉阵列型式以及槽道高度.研究结果表明:加入销钉特别是叉排销钉能够强化传热,但也会引起流动阻力的增大;槽道高度小于1 mm时,传热效果的提高不明显,无需销钉来提高传热.研究结果为热气防冰系统双蒙皮通道的设计提供了一定的理论指导.

紧凑型毫米波双极化阵列天线

翟禹, 苏东林

2013, 39(8): 1058-1061.

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摘要:
设计了一种紧凑型毫米波双极化微带阵列天线.首先对双极化天线单元进行了优化设计,该天线单元采用共面微带线馈电和缝隙耦合馈电相结合的混合馈电方式,单元采用反相馈电技术,既提高了天线极化隔离,同时也简化了天线结构.其次,采用并联馈电方式进行天线阵列设计.最后,对该天线阵列进行了加工测试,结果表明该天线驻波比小于2.0,极化隔离大于35 dB,水平极化增益大于12 dB,垂直极化增益大于11.5 dB.

舰载机动态调运系统的运行模型

岳奎志, 孙聪, 罗明强, 赵红超

2013, 39(8): 1062-1068.

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摘要:
为了科学预测舰载机在载机军舰上的调运过程,基于系统动力学理论,以舰载机在飞行甲板、机库、升降机之间转运与飞行后再次出动准备的流程为基础,建立舰载机动态调运复杂时变系统的存量流量图与数学模型,并以俄罗斯载机军舰的舰载机调运系统为背景,进行舰载机再次出动时挂弹、非挂弹两种方案的舰载机动态调运过程的实例验证.研究结果表明:该运行模型能够进行舰载机动态调运系统各个环节的预测,可为载机军舰上舰载机调运部门调运方案的制定提供理论依据与技术基础.

复合材料热膨胀性能的细观分析模型与预报

李剑峰, 燕瑛

2013, 39(8): 1069-1073,1085.

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摘要:
基于细观力学有限元方法对T300/5208,P75/934,P75/CE339,C6000/PMR 15,HMS/Borosilicate,P100/2024 Al六种复合材料的纵向和横向热膨胀系数进行了预报,并将预报结果与国内外常用的几种理论方法的预报结果以及试验值进行了对比,分析了各分析方法的预报精度.各分析方法对于复合材料的纵向热膨胀系数的预报结果与试验值均能很好吻合;对于横向热膨胀系数,各分析方法的预报结果相差较大.Rosen and Hashin(RH)方法与所建立的细观力学有限元分析模型的预报结果与试验值的吻合程度比其他理论方法要高,进而验证了细观力学有限元方法的可靠性.此外,基于细观力学有限元方法建立了各种材料体系热膨胀系数对纤维体积分数的响应关系,得出复合材料纤维/基体性能比对其热膨胀系数的影响,为航空航天结构先进复合材料的应用提供了技术基础支撑.

氧化物涂层对航天器材料原子氧剥蚀的防护

张雯, 易敏, 沈志刚, 赵小虎

2013, 39(8): 1074-1078.

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摘要:
采用磁控溅射方法在航天器常用材料聚酰亚胺(Kapton)表面沉积无机氧化物涂层(TiO₂和SiO₂),来提高材料的抗原子氧剥蚀性能.通过选择试验材料和参数,优化了沉积涂层的工艺,以克服容易产生裂纹的缺点.对材料进行了原子氧效应地面模拟试验,结果表明,在Kapton上沉积涂层后,质量损失下降了2个数量级.另外,有涂层的Kapton表面基本没有变化并且没有出现裂纹.其中,TiO₂由于热膨胀系数更接近Kapton,比SiO₂的防护效果更好.

复合材料点阵夹芯梁振动特性区间分析与优化

许孟辉, 邱志平

2013, 39(8): 1079-1085.

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考虑到复合材料的分散性,研究了复合材料点阵夹芯梁的自由振动特性.将不确定参数用区间向量进行定量化,提出高精度的含不确定参数复合材料点阵夹芯梁固有频率的配点型区间分析方法,该方法无需不确定参数的概率信息,只需明确不确定参数所在范围界限,进而实现复合材料点阵夹芯梁结构的不确定优化.该方法为解决非线性现象突出的新型复合材料设计等复杂问题提供了一个可行途径.与概率方法相比,区间分析方法的结果表明该方法是可行的.与确定性优化方法相比,区间优化方法在复合材料结构优化领域能够充分考虑结构潜在不确定性带来的不利影响,工程指导意义更为明显.

多因素条件下注意力分配建模

吴旭, 完颜笑如, 庄达民

2013, 39(8): 1086-1090.

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摘要:
为预测飞行员注意力分配情况,在混合熵最大化模型的基础上,从信息加工的两条通路入手,应用主观期望效能理论及SEEV(Salient-Expectancy-Effort-Value)模型思想,提出了一个基于信息重要度、发生概率、突显性及努力的预测模型.为验证模型的效度,采用16名被试在不同任务权重及信息呈现方式下开展仪表监视实验,记录注视点分布作为注意力分配的评价指标.被试需要对平视显示器仿真界面中的目标信息状态进行监视,并通过按指定键对异常信息进行响应.实验结果表明:根据预测模型所计算的注意力分配理论值与被试注视点分布的实验值显著相关且吻合较好,可为飞机座舱显示界面的设计提供依据.

新型主动液压滤波器的设计与分析

荆慧强, 张晓宁, 李艳芬, 付永领

2013, 39(8): 1091-1095.

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摘要:
针对目前主动液压滤波器体积大、结构复杂等问题,提出了一种占用空间小、结构简单的新型主动液压滤波器. 采用计算流体动力学在时域内对滤波器所载流体域进行了压力分布计算,分别对三组可控参数激励位移幅值D_m及频率f_m作用下的流体域进行分析,通过比较分析发现,D_m和f_m的选择决定着该液压滤波器性能的优劣,如果二者与原始非定常流幅频特性匹配较好,则该液压滤波器滤波效果良好,反之,会使系统压力脉动变的极不稳定,这与波的干涉原理相互吻合. 算例计算结果表明,当激励频率与初始非定常流频率重合达525 Hz,且激励幅值达0.05 mm时,系统的压力脉动峰峰值可从2.26 MPa降到0.25 MPa,即脉动从±5.38%降至±0.6%,说明了该主动液压滤波器的有效性.

飞机作战生存力设计参数灵敏度分析

杨哲, 李曙林, 周莉, 石晓朋

2013, 39(8): 1096-1101,1121.

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摘要:
针对灵敏度分析可以更深入地分析设计参数对飞机生存力的影响变化,研究了将灵敏度分析应用到飞机生存力设计的方法.基于飞机敏感性、易损性和作战能力模型建立了飞机生存力计算模型,分为旧机改型设计和新机方案设计两种情况对设计参数进行了灵敏度分析,为旧机改型设计中待改进参数的选取和新机方案设计中设计变量初始范围的缩减提供了依据.仿真实验及结果分析表明了文中方法的可行性.

某高空螺旋桨气动特性数值模拟与风洞试验

王裕夫, 刘振国, 陶国权

2013, 39(8): 1102-1105.

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摘要:
以某高空螺旋桨为研究对象,利用k-ε湍流模型,采用三维Navier-Stokes方程,并通过数值计算模拟该螺旋桨的复杂绕流,分析其气动特性.按照等雷诺数等前进比准则,进行了该螺旋桨地面缩比风洞试验.经过比较发现,计算结果与试验结果吻合良好.验证了数值模拟计算高空螺旋桨气动特性的正确性,为高空螺旋桨的设计和试验提供参考依据.

基于切换多胞的飞行器变增益输出反馈控制

李玮, 王青, 董朝阳

2013, 39(8): 1106-1110.

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摘要:
现代飞行器包线范围不断扩大,飞行器模型参数在飞行包线内呈现大范围变化的特点.针对包线范围参数时变飞行器的稳定性分析与输出反馈镇定问题,提出了基于切换多胞系统的飞行器模型描述方法.结合切换多胞Lyapunov函数与平均驻留时间方法,给出了保证飞行器包线范围渐近稳定的稳定性判据与静态输出反馈形式的变增益镇定控制器综合方法.将所提方法应用于高机动性飞行器的全包线飞行控制器设计,仿真结果表明:该设计方法可放宽对飞行器工作点的平均驻留时间约束,具备较低的设计保守性;所得变增益控制器可消除传统切换控制器的输出跳变现象,具有良好的瞬态响应特性.

地地弹道导弹可用性仿真评估系统构建

杨继坤, 徐廷学, 韩朝, 王浩伟

2013, 39(8): 1111-1116.

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摘要:
阐述了地地弹道导弹可用性评估的重要性,并以此为需求牵引,提出了以MTMC-RDEDS(Mission Time Monte Carlo Random Discrete Event Dynamic Systems)为核心的可用性建模与仿真一体化框架,结合实际应用,以模型重用技术为基础,构建了拥有丰富建模与仿真知识库、模块化设计与开放式接口的导弹可用性仿真评估系统总体框架及软件层次结构,并给出了涉及工作状态、维修保障、统计优化在内的核心仿真模型与算法,探讨了系统实现的关键技术,包括:随机变量建模、武器系统建模、仿真系统可信度评估.利用VC++和相关软件开发了地地弹道导弹可用性仿真评估系统,给出了仿真运行界面,并进行实例分析,验证模型和系统的有效性.仿真的结果与实际试验情况吻合较好,表明该动态评估方法快捷有效,评估系统建设方案合理可行,适用于工程分析,不失为地地弹道导弹可用性评估的一种有效手段.

基于姿态标准化的线特征点云提取方法

李伟, 李旭东, 赵慧洁, 张颖

2013, 39(8): 1117-1121.

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摘要:
从零件三维点云中提取棱边等线特征所对应的点云是零件模型重构的关键,也是点云数据处理的基本操作.基于曲率的线特征点云提取方法易受点云初始姿态以及曲率估计方法的影响,曲面拟合及曲率估计误差较大.提出了一种基于点云姿态标准化的线特征点云提取方法:首先计算点云主方向并将其同z轴对准实现点云姿态的标准化,然后进行曲面拟合并以最大主曲率绝对值作为曲率估计值,最后对曲率值取阈值提取出线特征点云.用不同类型的点云数据进行了实验,结果表明所提方法有较高的提取效率和良好的适用性.

代偿服加压条件下的血液动力学仿真

杨涛, 丁立, 张春光, 秦志峰

2013, 39(8): 1122-1126.

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摘要:
利用仿真方法研究飞行员穿着高空代偿服加压条件下生理参数的变化情况,探索加压对人体血液循环功能的影响及其变化规律,为飞行员高空防护提供理论支持.在Heldt立位应激模型的基础上,针对代偿服加压特性进行修正,建立人体加压条件下的血液动力学模型,同时通过地面加压试验验证模型的正确性.模型模拟得到全身侧管式代偿服不同加压条件下的血液动力学参数平均动脉压、每搏量和每分量,并与试验值进行对比,模型结果与试验值吻合较好,验证了模型的有效性.模型可有效地模拟代偿服加压条件下的血液动力学变化情况.

提高k-ω SST模型对翼型失速特性的模拟能力

文晓庆, 柳阳威, 方乐, 陆利蓬

2013, 39(8): 1127-1132.

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摘要:
采用CFD软件fluent,k-ω SST模型对S825翼型进行了二维数值模拟.针对k-ω SST模型对翼型分离失速特性模拟不准的情况,对分离区域内湍流的强非平衡输运特性进行了分析.研究表明:原始模型由于不能准确模拟分离区内湍流的强非平衡输运特性,导致其对翼型失速特性模拟失效;提出了通过修正模型系数a₁及β_∞^*,提高k-ω SST模型预测非平衡湍流输运特性的方法,从而提高对翼型失速特性的模拟精度.

基于振动时效的异质构件残余应力均匀化方法

肖长玲, 陈云霞, 许丹

2013, 39(8): 1133-1136.

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摘要:
针对异质构件在装配过程中不可避免地产生非均匀化残余应力,且残余应力随着时间变化而不断减小,从而产生应力松弛的非均匀化,将影响构件的长期稳定性这一现象,同时针对该异质构件不适合用热时效方法处理的问题,利用有限元仿真方法首先仿真异质构件残余应力的分布,然后研究异质构件残余应力在自然时效下的变化规律,最后通过模态分析得到激振频率、谐响应分析得到激振幅值,通过瞬态动力仿真分析研究异质构件残余应力在振动时效下的变化规律.仿真结果表明:在自然时效下,残余应力需要经过1 a左右的时间才能基本达到稳定.在振动时效下,初始的几个周期就可以使得残余应力达到稳定.因此,通过结果对比分析认为,基于塑性变形理论的振动时效是一种快速使得残余应力均匀化的有效方法.