噴丸殘余應(yīng)力場及表面粗糙度數(shù)值模擬研究.pdf

1、噴丸強化是一種表面強化工藝，能顯著提高工件疲勞壽命，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)。噴丸改善工件疲勞性能在于在表層形成殘余壓應(yīng)力，表面粗糙度變化，表層材料組織變化，其中表層的殘余壓應(yīng)力是目前公認的主要強化因素。雖然表層材料組織變化也有利于提高工件疲勞壽命，但影響程度相對較弱。上述噴丸強化三要素按對影響抗疲勞性能的程度排序為:殘余壓應(yīng)力＞表面粗糙度變化＞表層材料組織變化。故在本文中主要研究殘余應(yīng)力和表面粗糙度。在傳統(tǒng)的有限元模型中彈丸的數(shù)量較少且為規(guī)則

2、陣列排布，屬于微觀模型。在本文中利用SPH(SmoothedParticle Hydrodynamics)耦合FEM(Finite Element Method)的方法建立新型宏觀隨機模型，使仿真更加符合實際噴丸過程。且以往仿真研究分別考慮單個參數(shù)獨立對殘余應(yīng)力的影響效果，對表面粗糙度的研究很少。
　　首先利用LS-DYNA并結(jié)合正交試驗法建立多丸粒有限元微觀模型，并與實驗對比驗證了模型的正確性;運用綜合評分法對噴丸后的工件表面殘

3、余壓應(yīng)力層深度、表面殘余壓應(yīng)力、最大殘余壓應(yīng)力深度、最大殘余壓應(yīng)力值四個目標(biāo)值進行綜合評判。通過對綜合目標(biāo)值的極差分析，確定彈丸直徑、沖擊角度、沖擊速度、搭接率、同一位置的沖擊次數(shù)、彈丸與工件的摩擦系數(shù)、彈丸材質(zhì)7個噴丸工藝參數(shù)對綜合目標(biāo)值的影響程度，通過綜合評判分析得出最優(yōu)的噴丸工藝參數(shù)組合方案。
　　其次建立SPH耦合FEM的噴丸宏觀模型，對噴丸過程進行數(shù)值模擬;使用MATLAB對彈丸空間位置坐標(biāo)進行隨機化處理，形成了大量丸粒

4、沖擊工件表面的隨機噴丸仿真模型。通過分析確定了噴丸飽和時間，研究了沖擊角度、質(zhì)量流速對殘余應(yīng)力場的影響。結(jié)果表明:彈丸速度越大，達到飽和所需的時間越短;沖擊角度增大，殘余壓應(yīng)力增大;質(zhì)量流速增大，殘余壓應(yīng)力增大，但當(dāng)其達到飽和值后，殘余壓應(yīng)力不再變化。
　　最后建立研究噴丸表面粗糙度的多丸粒有限元模型，通過單丸粒有限元模型驗證研究所用多丸粒模型的正確性，研究了噴丸參數(shù)對工件表面粗糙度的影響。結(jié)果表明:經(jīng)噴丸后所得到的工件表面粗糙度