喷丸残余应力场有限元数值模拟分析

为探讨喷丸参数对残余应力大小及分布的影响,利用LS-DYNA软件建立了分批顺序撞击的9丸粒有限元模型,对喷丸残余应力场进行了数值仿真研究,并与已有结果进行对比以验证其准确性。在此基础上研究了弹丸速度、重复打击次数、搭接率以及多丸粒分布对残余压应力的影响。结果表明:增加弹丸搭接率和覆盖率可使各点的残余应力分布趋于一致;重复打击一定次数后将使残余应力增长率减缓并最终趋于饱和;最大残余压应力及其到达深度均随喷丸速度增加而增大。本模型为获得理想残余应力提供了理论依据。     

湿法喷丸工艺有限元分析

目的 分析TC4钛合金的湿喷丸强化过程。方法 利用ABAQUS有限元软件中的CEL方法以及随机分布函数建立弹丸随机分布的湿喷丸冲击强化模型,研究喷丸覆盖率对残余应力场和表面粗糙度的影响规律,进行TC4钛合金板材的湿喷丸强化实验,对比验证模拟结果。结果 表面粗糙度随着喷丸覆盖率的增加而变大;对于残余应力场,随着覆盖率从50%增加到100%,最大残余压应力值和其所处位置的深度均增加。当覆盖率增加至200%,最大残余压应力值不再增加。不同喷丸覆盖率下表面残余应力值基本相同。经对比验证,构建的有限元模型的仿真结果与湿喷丸实验规律相一致。结论 湿喷丸模型能够较好地模拟湿喷丸强化后板材表层残余压应力场和表面粗糙度的变化规律。     

单丸粒撞击金属靶材的有限元分析

本文应用商用有限元软件ABAQUS对单个丸粒撞击金属靶材进行了三维有限元分析,建立模拟弹丸撞击靶材的有限元模型。首先将单个丸粒撞击靶材产生残余应力的模拟结果与Meguid等人用ANSYS软件所模拟的结果进行对比,从而来验证本文模拟结果的可靠性。然后本文系统地研究了不同弹丸参数对于残余应力场分布规律的影响。模拟结果表明,弹丸参数对于喷丸残余应力场分布规律的影响各不相同。但是,无论这些参数如何变化,靶材次表层的最大残余压应力值所处的位置基本保持不变,始终位于靶材表面以下25%dshot处。根据有限元模拟的结果,可对喷丸强化工艺参数进行优化控制,提高喷丸强化的加工工艺水平,以实现更好的喷丸效果。     

7075-T651铝合金喷丸工艺的仿真与试验研究

为探究喷丸工艺参数对材料残余应力分布的影响,以7075-T651铝合金材料为研究对象,基于铝合金材料特性和试验条件,利用ANSYS/LS-DYNA建立喷丸有限元模型,获得了不同喷射距离、喷射压力和弹丸直径下残余应力的分布情况。结果表明：增大喷射压力和弹丸直径可以显著提高最大残余压应力和残余压应力影响深度,且喷射距离应保持在适当的范围内,最后将应力计算值和实测值进行对比,最大偏差为(10.0±12.5) MPa,偏差率不超过6.9%。分析认为通过有限元模型能够准确地获得残余应力的分布情况,有助于开展喷丸工艺参数对残余应力分布规律的影响研究。     

300M钢多弹丸喷丸强化的有限元模拟

过去,结合喷丸气压和弹丸动能进行数值模拟研究喷丸强化效果的报道不多。采用ABAQUS/Explicit有限元软件对300M钢喷丸强化过程进行数值模拟,在喷丸气压和动能相等的条件下,通过改变弹丸直径确定不同工艺参数对金属靶材进行喷丸处理,对比分析了金属靶材表面残余应力场变化曲线、表面法向位移变化曲线以及表面等效塑性应变。结果表明:不同的喷丸工艺下均可使金属靶材表面获得一定深度的残余压应力场,靶材表面的能残余压应力场强度随弹丸直径增加而增加;对靶材金属施加相同弹丸动能输入时,不同喷丸工艺喷丸效果差距不明显,这为相同喷丸强化要求条件下选取不同喷丸工艺参数提供了理论依据。     

表面粗糙度对钛合金超声波喷丸强化影响的有限元分析

探究超声波喷丸强化工艺对不同初始粗糙度的材料表面塑性应变、喷丸覆盖率以及残余应力及表面位移场影响的变化规律。以TC4(Ti6Al4V)钛合金材料为研究对象,基于有限元仿真软件ABAQUS构建超声波喷丸工艺的三维有限元模型,研究粗糙度对材料表面超声波喷丸强化效果的影响。结果表明:降低表面初始粗糙度,可以提高达到工艺要求覆盖率的速度和表面发生塑性变形的程度,增加亚表面残余压应力层的深度及对应层深的残余压应力值。     

喷丸过程中的能量转化及残余应力分布研究

本文建立了喷丸表面强化过程的三维有限元模型,研究了靶材的力学性能及弹丸喷射速度对能量转化率和残余应力分布的影响规律。通过对有限元计算结果的分析发现,杨氏模量与屈服强度之比E/&;#61555;y较大,应变硬化率较低的靶材喷丸效率较高。屈服强度的提高使得最大残余压应力变大,残余压应力场深度变小。应变硬化率和喷丸速度的提高均会使最大残余压应力及其深度变大,同时会使表面残余压应力减小并向拉应力转变。本文的研究结果从能量转化的角度为喷丸强化件材料的选择提供了理论基础     

喷丸处理对2219铝合金搅拌摩擦焊焊接残余应力的影响

对2219铝合金板进行了搅拌摩擦焊(FSW)和喷丸处理，采用X射线衍射仪(XRD)测量了搅拌摩擦焊和喷丸产生的残余应力，分析了残余应力的分布特征，研究了弹丸直径、弹丸材料、喷射距离等参数对搅拌摩擦焊接残余应力分布的影响。结果表明：焊接后，焊缝附近存在较大的残余拉应力，焊缝中心线±20 mm范围内的平均应力高达100.9 MPa,而远离焊缝的母材区域接近零应力状态；喷丸后，试样残余应力分布发生显著变化，表层残余应力表现为压应力，并且该压应力数值随着深度的增加先增大后减小，最后保持为拉应力；增大弹丸直径可提高最大残余压应力值和残余压应力层深度，但当弹丸直径继续增大至1.2 mm时，最大残余压应力值不再继续增大；选用合适的弹丸材料可获得理想的残余压应力分布情况；随着喷射距离的增大，最大残余压应力值和残余压应力层深度先增大后减小。     

弹丸直径和速度对喷丸残余应力分布的影响分析

采用有限元软件分析喷丸强化后的残余应力分布,研究不同直径弹丸的喷射速度对喷丸强化引入的残余压应力场的影响。具体分析在0.2mm～0.4mm弹丸直径范围内不同弹丸速度对残余压应力场的影响,将每个弹丸直径下的最优残余压应力值提取出来与弹丸速度进行Gauss曲线拟合,并建立喷丸强化的"弹丸速度-残余应力值"函数关系式。     

42CrMo曲轴钢喷丸强化有限元模拟

喷丸强化能够有效提高42CrMo曲轴钢的抗疲劳性能,且喷丸数值模拟是制定喷丸工艺方案、评估喷丸后工件表面疲劳抗力的主要理论工具。为了体现喷丸过程中的随机性,利用MATLAB软件提供的Rand随机函数产生弹丸的位置,建立随机喷丸模型,并在此模型基础上研究弹丸直径、弹丸材料、冲击速度以及覆盖率与残余应力间的分布规律,进一步讨论喷丸工艺对42CrMo曲轴钢表面粗糙度的影响。研究发现:随着弹丸直径以及速度的增大,残余应力增大,抗疲劳性能提高,但粗糙度也相应增大;随着覆盖率的增大,残余应力增大,表面残余应力分布更加均匀,稳定性提高;同时弹丸强度越高,残余应力越大。通过喷丸试验对随机多弹丸模型进行验证,为喷丸工艺的精确控制提供了科学依据和理论基础。     

表面粗糙度对喷丸残余应力场的影响

为定性研究表面粗糙度对喷丸残余应力场的影响,采用余弦曲线模拟靶材粗糙表面,建立喷丸二维有限元模型,采用ABAQUS/EXPLICIT求解器对喷丸过程进行数值模拟,研究了表面粗糙度喷丸残余应力场的影响规律,分析了同一粗糙度下弹丸尺寸和喷射速度对喷丸残余应力场的影响规律,并与表面理想光滑时的情况进行了对比.结果表明,表面粗糙度的增加使残余压应力区变浅变薄,甚至使靶材表面产生残余拉应力,不利于喷丸强化件抗疲劳性能的提高,喷丸件表面应尽可能光滑以改善喷丸效果.     

弹丸垂直侵彻无钢筋混凝土数值模拟

本文利用所提出的无钢筋混凝土动态材料模型对半球形头部钢弹以300m/s速度垂直侵彻无钢筋混凝土目标进行了有限元计算模拟，得到的弹丸减速度时间历程曲线、最大侵彻深度与试验结果符合得较好，靶上弹坑形状和大小试验结果有差异。     

喷丸强化工艺参数及其与靶材力学参量之间变化规律的研究

本文研究了喷丸弧高度曲线随喷丸工艺参数变化的规律;四种热处理状态下40Cr钢的喷丸强度和时间与其它喷丸工艺参数间的关系;喷丸强度和靶材力学参量与残余压应力层深度间的关系。这一研究结果为靶材喷丸强化工艺参数的制定及喷丸强化的计算机控制,提供了一种途径。     

2024铝合金喷丸试件疲劳寿命试验及仿真研究

现有的喷丸材料疲劳性能研究扩展有限元模型没有考虑残余应力对裂纹扩展的影响。对2024铝合金的喷丸与未喷丸试样进行三弯疲劳试验,以明确喷丸工艺对试件疲劳寿命的强化作用。通过ABAQUS建立试件的二维平面应力模型,导入残余应力并利用扩展有限元法模拟循环载荷下裂纹的萌生与扩展,对比试验结果来验证该扩展有限元数值模型的正确性。最后基于该数值模型,改变载荷工况,研究不同载荷工况下残余应力对疲劳寿命的影响,得到喷丸残余应力强化作用与载荷工况的关系。结果表明:喷丸引入的残余应力可以有效地增强试件的疲劳寿命;过大的循环载荷可能造成喷丸残余应力发生松弛;在最大载荷不变的前提下,应力比越小,试件疲劳寿命越短;应力比越大,残余应力对疲劳寿命强化效果越明显。     

电弧熔丝单层单道积材残余应力模拟分析及锤击消除研究

本工作利用SYSWELD有限元软件,建立了电弧熔丝单层单道积材三维模型,采用双椭球热源对熔丝积材过程的温度场、应力场进行了动态仿真模拟,分析揭示了工艺参数对残余应力的影响规律,。结果表明:在一定范围内,采用较低的线能量和熔丝积材速度、高预热温度,能有效降低残余应力。基于ABAQUS软件,将熔丝积材后的残余应力导入锤击模型中,模拟分析发现,锤击过程中材料产生的变形达到最大值后会发生微小的弹性回复,最后形成塑性接触变形。锤击后,焊缝及热影响区的残余应力极大减小,锤击表面一定深度范围内的残余拉应力转变为压应力。最后通过锤击试验,验证了锤击法能有效降低熔丝积材部位的残余应力,将一定深度范围内局部残余拉应力转为压应力。     

基于有限元仿真的喷丸工艺参数对冲击坑形状和尺寸的影响

喷丸工艺是一种有效提高工件疲劳寿命和改善工件表面完整性的表面处理方法,被广泛应用于航空、航天、船舶、汽车等军民用领域。研究表明,弹丸冲击金属材料表面形成的冲击坑形状和尺寸与工件表面完整性有重要的对应关系,表面完整性是影响结构零部件工作质量、寿命和可靠性的重要因素。本文应用有限元分析的方法系统地研究了喷丸处理过程中的一些关键参数对形成的冲击坑形状和尺寸的影响,结果显示,弹丸速度、直径、材料、重复冲击次数对冲击坑的尺寸影响显著,同时,弹丸的屈服应力对冲击坑的形状影响显著,而弹丸与靶材之间的摩擦系数对冲击坑的形状和尺寸影响都较小。冲击坑直径比的饱和值为2.5,冲击坑深度比的饱和值为0.2。将冲击坑模拟结果与Nobuyuki等人用ANSYS软件所模拟的结果进行对比,结果吻合得较好。本文有限元模拟的结果,可用于对生产实际中喷丸工艺参数的优化,对新机研制中的飞机壁板等零件的喷丸成形工艺制定具有重要的指导意义。     

二次喷丸诱导应力及变形工程预测方法

为建立二次喷丸的等效分析方法,在单次喷丸诱导应力及饱和度已知的情况下,进行金属零件二次喷丸的诱导应力和变形的工程预测.以单次喷丸的饱和度曲线为分析基础,讨论了二次喷丸饱和度与喷丸时间的变化规律.用正弦函数的形式表达喷丸诱导应力,并建立了零件的平均诱导应力和饱和度之间的关系.结果表明:针对弹丸尺寸不同的二次喷丸过程,进行了基于多弹丸随机喷丸技术的有限元仿真,得到的喷丸诱导应力与理论结果相差5％左右;针对喷丸压力不同的二次喷丸过程,使用标准阿尔门试片进行了喷丸试验,试片变形与理论结果相差3％左右.仿真和试验结果均表明提出的预测方法有效、准确,可较好地预测二次喷丸后零件的残余应力和变形.     

喷丸强化对Ti6Al4V半椭圆表面裂纹J积分和裂纹扩展速率的影响

采用修正的J积分计算方法,考虑残余应力、残余应变和残余应变能,定量计算和分析喷丸强化对半椭圆表面裂纹前沿J积分参数的影响规律。对喷丸强化工艺进行有限元建模仿真,通过改变约束条件生成疲劳裂纹并施加远场载荷,计算J积分和裂纹扩展速率。考虑不同深度的半椭圆表面裂纹和不同丸粒速率对断裂参量的影响。结果表明:丸粒速率一定时,与未喷丸相比喷丸后J积分值的降幅随裂纹深度的增加而减小,喷丸强化有益于抑制疲劳浅裂纹的扩展。当裂纹深度为0.3mm时,裂纹最深点的J积分值由4.25N/mm降低到2.99N/mm,降幅约30.1%。裂纹深度一定时,J积分值随丸粒速率的增大而降低,提高丸粒速率对抑制裂纹扩展更有益。     

微粒子喷丸工艺对EA4T车轴钢表面性能和疲劳强度的影响

研究了不同微粒子喷丸工艺对EA4T车轴钢材料表面性能和疲劳强度的影响。基于9种不同喷丸强度或覆盖率(主要由喷丸时间决定)的微粒子喷丸工艺,探究了微粒子喷丸工艺对EA4T车轴钢表面的粗糙度、三维形貌、残余应力、半高宽(FWHM)和表面晶粒尺寸的影响。同时进行疲劳实验得出每种工艺的疲劳极限,并分析了试样断口的形貌。微粒子喷丸在材料表面引入了100μm左右的影响层。随着喷丸强度的增加,材料的表面粗糙度增加。在同一喷丸强度下,20 s喷丸表面粗糙度比10 s与30 s喷丸小。喷丸强度和覆盖率对残余应力最大值的影响较小,但对残余应力层深度的影响显著。喷丸后表面的FWHM最大并在深度方向逐渐减小,喷丸强度越大,喷丸对FWHM的影响层越深。随着喷丸强度和覆盖率的增加,微粒子喷丸试样表面晶粒尺寸减小。所有微粒子喷丸试样疲劳破坏均萌生自表面。不同微粒子喷丸工艺对EA4T车轴钢表面性能的影响不同,但是微粒子喷丸均使材料疲劳极限得到显著提高。     

基于神经网络焊接数值模拟研究及工艺参数优化

在有限元分析的基础上,利用RBF神经网络针对汽车后桥壳焊接过程中的工艺问题及焊接残余应力的影响进行了研究,利用正交试验找出焊接工艺参数的主要因素,利用MATLAB软件提供的径向基函数工具箱设计神经网络训练样本,采用有限元分析软件ANSYS对汽车后桥壳体焊接过程进行了模拟分析,分析结果与神经网络预测结果进行比较,得到不同焊接工艺参数组合下的最大残余应力值,获得提高焊接质量的优化焊接工艺参数．