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。     

45钢表面喷丸强化工艺的模拟分析

为了研究高压水射流喷丸的工艺效果,选择合适的水射流喷丸工艺参数,利用ANSYS有限元仿真软件进行模拟分析,以玻璃为喷丸材料,45钢为靶体材料,采用LS-DYNA软件,建立喷丸与靶体的有限元模型,通过模拟喷丸冲击靶体的动态过程,得到弹坑的深度及最大残余压应力的分布情况,绘制工艺参数对弹坑深度以及最大残余压应力的关系曲线。结果表明:弹坑深度及最大残余压应力随着弹丸速度的增加而明显增加,而弹丸入射角度对于弹坑深度及最大残余压应力的影响则比较平缓;该仿真结果与试验结果相近。     

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。     

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。     

金属板料的激光喷丸变形理论

基于激光喷丸机理,提出了板料激光喷丸变形的小挠度纯弯曲变形理论.以外弯矩替代激光喷丸后的残余应力层,把激光喷丸板料变形过程等价为平板的纯弯曲问题,推导出激光喷丸后板料的变形曲率估算式,建立了板料变形曲率半径与残余应力层深度、残余应力的大小及分布和材料性能之间的关系模型.在此基础上对激光喷丸板料成典型的"∧"形过程进行了理论分析和实验研究,取得了一致的结果.     

空化水喷丸工艺诱导塑性变形行为的数值模拟

金属薄板经空化水喷丸强化后会产生不同程度的塑性变形,为了探究冲击波压力作用时间对塑性变形的影响,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,建立了各向同性理想弹塑性的空化水喷丸三维有限元模型,对N型标准阿尔门试片经空化水喷丸处理后诱导的塑性变形进行了数值模拟。为了验证模拟结果的准确性,利用阿尔门测量仪对上述工艺诱导试片塑性变形产生的弧高度进行了试验测定。结果表明,数值模拟的弧高度和实测数据有较好的一致性。     

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。     

2050铝锂合金喷丸成形变形规律试验研究

目的 以某飞机机身壁板为研究对象,采用2050铝锂合金材料开展喷丸成形基础工艺研究,获得其宏观变形规律。方法 采用正交试验法,选取零件厚度、喷丸气压、移动速度、预应力4个喷丸工艺参数作为正交试验因素,对2050铝锂合金进行喷丸成形试验,研究不同工艺参数对喷丸变形的影响规律。结果 随着4个喷丸工艺参数的变化,2050铝锂合金喷丸弯曲半径曲线均呈现出幂函数曲线特征,其中喷丸弯曲半径随着零件厚度和移动速度的增大而增大,随着喷丸气压和预应力的增大而减小。结论 根据正交试验结果可知,各参数对喷丸变形程度的影响顺序为:板材厚度＞预应力＞移动速度＞喷丸气压。通过回归分析建立了喷丸弯曲半径与工艺参数间的幂函数经验方程,为后续开展机身壁板喷丸成形提供了一定的技术支撑。     

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.     

提升喷丸强化能力的新试验模式研究

目前对喷丸强化效能的评价基本上依赖于试片试验得出的受喷结论,并通过对饱和曲线的拟合来确定其参数,而当前使用的试验方法随着零件复杂程度和设计要求精度的提高,已不能完全满足加工需求。本文通过引入机械加工的创新思路,借助西门子数控系统,提出一种全新模式的试片的试验方法,其简单、有效的特点,必将在喷丸加工中广泛应用。