在实际生产过程中,经过冷热加工的金属构件中很容易产生残余应力。残余应力的存在会导致工件结构形状处于不稳定状态,甚至会使工件开裂或变形。消除工件的残余应力主要有三种方法,分别是自然时效、热时效和振动时效。振动时效以其低能耗、低成本、效率高等优点,正迅速取代传统的自然时效和热时效。目前国内外振动时效研究主要集中在传统的低频振动时效,激振频率一般低于200Hz,主要应用于大型的构件,而一些小型结构件的一阶共振频率(固有频率)就已超出低频激振器的频率范围,因此无法用低频振动进行时效处理。超声振动时效的激振频率可达15KHz以上,适用于固有频率较高小型零件的振动时效处理。超声振动时效的振幅小,处理后的构件不易产生疲劳损伤,尺寸稳定性也更好。但目前对超声振动时效的研究还处于初级阶段,其消除应力的机理尚无定论,工艺参数的选择还没有统一标准。本文根据超声振动时效消除金属残余应力的原理,系统地分析了小型结构件超声振动时效处理时工艺参数选择的要求,并通过实验对时效效果进行研究,证明超声振动时效对消除小型工件残余应力效果明显,振动时效的效率也比较高。为以后超声振动时效的理论及实验研究与推广起到参考作用。本文主要进行了以下研究：(1)超声振动时效工艺参数选择在超声波振动时效的实际应用和实验中,影响该工艺的参数很多,其中重要的参数有：激振振幅,激振频率、激振时间和激振节点的控制等。实验研究结果表明：超声振动时效随着处理时间的增加,在一段时间内,消除的残余应力也再增加,但是,超声振动时效系统提供的最大激振振幅是一定的,即最大激振应力一定,当最大激振应力与残余应力的叠加不能达到材料的屈服极限时,即使增加激振时间也不能消除残余应力。(2)弹塑性横向弯曲理论研究本课题首次把弹塑性横向弯曲理论应用在超声振动时效的理论研究中,利用弹塑性横向弯曲理论对杆件中残余应力的计算,可为超声振动时效实验中选择超声波发生器和超声波换能器,设计超声波变幅杆等提供数值依据,而对超声激振应力的计算可以确定超声振动时效实验中对杆件施加的集中载荷的范围。为以后的超声振动时效的理论和实验研究,提供了一定的指导作用。(3)测量残余应力新方法的探索本课题结合弹塑性横向弯曲理论首次提出了运用残余曲率计算残余应力的新方法。在实验过程中利用压力机在试杆的中间施加集中荷载,使其产生弹塑性变形,以模拟实际生产过程中金属构件中残余应力的形成。在实验分析中,运用大型工具显微镜测量压弯杆件的最大挠度值,然后在超声波振动装置上进行超声振动时效处理,再对时效处理后的杆件测量最大挠度值,进而计算出残余曲率,再根据残余曲率求得残余应力,并对超声振动时效效果进行分析。