6061鋁合金純水射流沖擊強(qiáng)化數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究.pdf

1、純水射流沖擊強(qiáng)化相比傳統(tǒng)噴丸強(qiáng)化具有可控性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，可以精確控制射流速度、入射角度以及噴射位置，為強(qiáng)化齒根、軸肩等復(fù)雜狹窄的區(qū)域提供了可能。但是，純水射流具有高速湍動(dòng)的瞬變特性，水力沖擊載荷與金屬耦合機(jī)理復(fù)雜，現(xiàn)有的試驗(yàn)和理論還達(dá)不到對(duì)水錘壓力和靶材應(yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確的定性定量分析。因此，本文采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方式，對(duì)純水射流沖擊強(qiáng)化機(jī)理和沖蝕機(jī)理進(jìn)行了深入研究，主要研究?jī)?nèi)容為：
　　(1)對(duì)射入大氣中的純水射流結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分

2、析，指出純水射流分為緊密段、核心段、破裂段和水滴段。并運(yùn)用流體力學(xué)和彈塑性力學(xué)等理論知識(shí)，推導(dǎo)了噴嘴出口處射流速度和射流沖擊時(shí)的水錘壓力及滯止壓力的計(jì)算公式。
　　(2)基于純水射流的瞬態(tài)沖擊特性，運(yùn)用Abaqus軟件，采用CEL(拉格朗日-歐拉親合）技術(shù)和Johnson-Cook材料本構(gòu)模型，建立了6061銷合金純水射流沖擊強(qiáng)化三維有限元模型。模擬了不同條件下的水錘壓力和滯止壓力，并與理論結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了模擬的準(zhǔn)確性。基于

3、塑性應(yīng)變和靶材應(yīng)力波分析，指出了純水射流沖擊強(qiáng)化時(shí)，靶材殘余壓應(yīng)力的產(chǎn)生是水錘壓力作用的結(jié)果，與滯止壓力無(wú)關(guān)。又模擬并分析了不同強(qiáng)化工藝參數(shù)（射流速度、射流直徑、沖擊時(shí)間、入射角度和沖擊次數(shù)）對(duì)靶材殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)提高射流速度、增大射流直徑以及增加沖擊次數(shù)均能提高殘余壓應(yīng)力強(qiáng)化效果。
　　(3)純水射流沖蝕試驗(yàn)研究了6061鋁合金的沖蝕機(jī)理，分析了射流速度、沖擊次數(shù)、射流移動(dòng)速度、射流入射角度對(duì)靶材表面沖蝕的影響，同時(shí)為

4、沖擊強(qiáng)化試驗(yàn)選擇了合適的參數(shù)系，確保純水射流沖擊強(qiáng)化時(shí)靶材表面沒(méi)有沖蝕或沖蝕較輕?；跊_蝕實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)確定的參數(shù)，進(jìn)行了6061鋁合金純水射流沖擊強(qiáng)化試驗(yàn)，并采用X-射線殘余應(yīng)力分析儀、白光干涉儀和顯微硬度計(jì)對(duì)強(qiáng)化后的靶材表面進(jìn)行檢測(cè)，分析殘余壓應(yīng)力、表面粗糙度和表面硬度隨不同純水射流工藝參數(shù)的變化規(guī)律。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨射流速度和沖擊次數(shù)增加，殘余壓應(yīng)力場(chǎng)大小和深度隨之增大，但射流移動(dòng)速度對(duì)殘余壓應(yīng)力場(chǎng)基本無(wú)影響；隨射流速度和沖擊次數(shù)增大，粗糙