鈦合金濕噴丸強化過程的計算機模擬與分析.pdf

1、鈦合金具有良好的綜合力學性能，因而在航空航天領域得到廣泛的應用，但是其抗疲勞性能和耐磨性能較差，影響航空構件的使用壽命與服役安全。噴丸強化是一種提高鈦合金疲勞壽命的常用手段，其中，濕噴丸強化技術由于無污染、表面質量高等優(yōu)點而極具應用前景。本文利用有限元數值模擬方法，對TC4鈦合金的濕噴丸強化過程進行分析，研究了不同工藝參數的影響規(guī)律，并通過與實驗對比的方法，對模型進行了驗證。
　　本文利用ABAQUS軟件中耦合的歐拉-拉格朗日(C

2、EL)方法建立濕噴丸強化模型，并利用體積分數工具對歐拉域內的材料進行離散。有限元分析結果表明，濕噴丸速度在80m/s～120m/s時，最大殘余壓應力出現(xiàn)在距離板材上表面36μm處;板材表面的最大高度差會隨噴丸速度增加而增加，在一定范圍內增加濕噴丸速度時，最大殘余壓應力會隨之增加;當濕噴丸速度達到120m/s時，最大殘余壓應力增加的幅度較小。陶瓷彈丸尺寸對強化效果影響顯著，最大殘余壓應力及其所處深度、壓應力層厚度、表面的最大高度差均隨彈丸

3、尺寸的增加而增加，但是表面壓應力卻隨之減小;當彈丸半徑為0.35mm時，板材表面的彈坑中心出現(xiàn)拉應力。當其他工藝參數一定時，磨液比對濕噴丸的影響并不顯著。磨液比由10％增加至20％時，最大殘余壓應力和粗糙度有少許增加，繼續(xù)增加到30％時，則無明顯變化。覆蓋率在200％以內時，隨覆蓋率增加，板材表面的粗糙度增加，壓應力層厚度在80μm～100μm左右的范圍小幅增加。覆蓋率在100％以內時，隨覆蓋率增加，最大殘余壓應力及其所處深度增加，覆蓋

4、率達到200％時，則無明顯變化。
　　由不同噴丸強度的實驗結果與不同噴丸速度的模擬結果對比可知，隨著濕噴丸強度或者速度的增加，最大殘余壓應力和殘余壓應力層的厚度略有增加。表面粗糙度的實驗結果與表面高度差的模擬結果均分別隨著噴丸強度或噴丸速度的增加而明顯增加。不同覆蓋率下的實驗與模擬結果吻合較好:隨著覆蓋率的增加，板材中殘余壓應力層厚度略增加，當覆蓋率大于100％后，繼續(xù)增加覆蓋率對最大殘余壓應力大小沒有明顯影響。覆蓋率在400％內