喷丸三维残余应力场的有限元模拟

运用大型有限元计算软件ABAQUS建立了模拟喷丸残余应力场的三维有限元模型,预测了在相同喷丸强度下玻璃丸和钢丸两种类型弹丸喷射所产生的残余应力场。模拟过程中,分析了线性减缩积分单元的沙漏参数、材料的应变硬化率、喷丸覆盖率以及初始残余拉应力等因素对304不锈钢靶材残余应力分布的影响。从计算结果可以看出,钢丸喷丸产生的残余压应力层较深,但在高覆盖率时,玻璃喷丸产生的残余压应力的平均值比钢丸喷丸处理后产生的大。在有初始残余拉应力(250 Mpa)存在的情况下,两种类型的喷丸处理均能使304不锈钢靶材表面形成残余压应力层,这说明喷丸工艺可以提高奥氏体不锈钢焊接构件的抗应力腐蚀开裂能力。本研究成果为进一步探讨喷丸强化不锈钢焊接头抗应力腐蚀性能的机理奠定了基础。     

水射流喷丸强化残余应力场的有限元模拟

针对水射流的高湍动特性与受喷靶体材料复杂的弹塑性形变行为,提供一种水射流喷丸强化残余应力场的有限元分析方法.基于准静态压力分布和非线性轴对称面分布载荷,采用多线性各向同性强化的Mises率不相关弹塑性模型,应用Prandtl-Reuss塑性增量理论及增量初应力法,利用线性斜坡载荷加载制度,运用ANSYS有限元软件模拟不同压力作用下水射流喷丸在2A11铝合金材料表层产生的残余应力场,获得残余应力场的分布规律及残余应力沿层深和径向的变化规律,指出残余应力沿层深分为残余压应力区和残余拉应力区,沿径向分为第Ⅰ残余压应力区、残余拉应力区和第Ⅱ残余压应力区,得到表面残余压应力、表层最大残余压应力、残余压应力层深度随着喷丸压力的增加而增大.为验证有限元模拟的正确性,对喷丸表面残余压应力进行试验验证,结果表明,有限元法计算的表面残余压应力值与试验数据近似吻合.     

前混合水射流多弹丸喷丸模型及残余应力场的数值模拟

针对前混合水射流的液固湍动特性与喷丸过程多重非线性耦合作用行为,提供一种射流喷丸强化残余应力场的有限元分析法。采用液固两相流动理论与计算流体动力学方法分析喷嘴内流特性,建立射流多弹丸喷丸模型;基于弹丸速度冲击载荷加载制度,利用多线性各向同性强化弹塑性模型,应用动态接触对称罚函数法,运用ABAQUS软件模拟不同弹丸数量作用下射流喷丸在45钢材料表层产生的残余应力场,获得残余应力场的分布规律及残余应力沿深度的变化规律;得出射流喷嘴内流呈均质流流型,不同弹丸数量射流喷丸在材料表层产生的径向残余应力沿深度的变化规律相同,但在材料表面产生的径向残余压应力值受喷丸模型影响较大,对弹丸分三层排列、相邻弹丸之间径向和周向中心距离均为弹丸半径的多弹丸喷丸模型,数值模拟获得的表面径向残余压应力值与射流喷丸试验数据基本吻合。     

多道焊三维残余应力场有限元模拟

运用大型有限元计算软件ABAQUS，对316L不锈钢平板多道焊接头的温度场和残余应力场进行模拟。有限元模型中选用三维实体单元，考虑材料物理性能随温度的变化和周边对流、辐射散热的影响。运用内生热的加载方法模拟焊接热源，运用单元激活技术模拟多道焊焊接过程。获得了三维多道焊焊接温度场和残余应力场，并对计算结果进行分析。     

TiB_2/Al复合材料喷丸后微区残余应力的有限元模拟

采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件建立了颗粒增强TiB2/Al复合材料的喷丸模型,并对喷丸后残余应力分布进行了预测;然后对复合材料进行了喷丸试验,对残余应力进行了检测;将试验结果与模拟结果进行了对比。结果表明:该复合材料喷丸后残余应力分布的试验结果与模拟结果基本相符;喷丸后最表层部分增强体呈拉应力状态,在材料残余压应力场内,由于增强体和基体材料力学性能的差异,增强体的残余应力值普遍大于基体中的。     

DD3镍基单晶高温合金喷丸强化后残余应力的有限元模拟

利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,通过设立局部坐标系和运用三参数Barlat模型建立了DD3镍基单晶高温合金的喷丸强化有限元模型,并对喷丸后的残余应力进行了有限元模拟和实际测试。结果表明:由于镍基单晶高温合金的各向异性,在不同取向上呈现不同的残余应力状态,且同一晶面不同取向的最小残余压应力出现在组成滑移系的晶向上;模拟结果与试验结果吻合较好。     

高压水射流喷丸降低焊接残余应力有限元分析

焊接不可避免产生残余应力,对结构完整性造成很大影响。提出利用高压水射流喷丸技术降低焊接残余应力,并利用有限元法进行计算模拟。分别开发了模拟焊接的移动双椭球热源子程序及模拟高压水射流喷丸的移动压力载荷子程序,得到了经高压水射流喷丸处理前后焊接残余应力分布的变化规律。计算结果表明,经高压水射流喷丸处理后,焊缝和热影响区存在的焊态残余应力得到降低,在焊缝区已经产生压缩应力。证明高压水射流喷丸具有降低焊接残余应力的效果。     

基于FEM-DEM的粗糙表面喷丸数值模拟与试验研究

考虑试件喷丸前粗糙度的影响,提出了粗糙表面喷丸的有限元与离散元(FEM-DEM)耦合模型.制备喷丸与未喷丸两类45#钢试件,测量了试件喷丸前后表面与亚表面的残余应力.根据测量结果验证耦合模型,研究了喷丸工艺参数对试件亚表面残余应力的影响规律.结果表明,提高表面覆盖率和喷丸强度,均可增大残余压应力峰值,其中,喷丸强度的影...     

基于Abaqus的喷丸满覆盖率实现及残余应力场预测

提出单弹丸冲击计算弹痕直径和多弹丸顺序冲击计算残余应力场的有限元模型,针对40Cr钢在有限元分析软件Abaqus中准确模拟喷丸覆盖率并计算残余应力场。与常用的经验方程、解析模型预测结果比较,有限元模型预测残余应力场的效果更好,对表面残余压应力、最大残余压应力和压应力场深度的预测误差在10%以内,对最大残余压应力所在位置的预测具有较好的分析结果。实验表明,该有限元模型有较好的工程指导意义。     

超声滚压三维残余应力场的有限元模拟

探讨一种研究超声滚压表层残余应力的数值方法。超声滚压过程是一个强烈的塑性变形过程,涉及到复杂的静态和动态冲击挤压。根据该加工技术的原理建立了有限元模型,评估了网格参数、定义了加载方式,并通过304不锈钢圆盘的超声滚压实验对有限元模型进行验证,在此基础上,模拟了超声滚压的加工过程,分析了残余应力分布特点以及各加工参数对其影响规律。结果表明:超声滚压后,材料表面产生了分布均匀的残余压应力,随着深度的增加,残余应力先后出现一次压应力峰值和较小的拉应力峰值最后降低为0。加工参数对残余应力的幅值和深度影响程度不同,静压力、覆盖率和加工次数影响较大,振幅影响较小。     

椭圆振动切削的表面残余应力有限元模拟研究

基于ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)网格划分方法建立了椭圆振动切削有限元仿真模型,模拟了椭圆振动切削过程中切削力的变化规律,并将模拟获得的切削力平均值与相同工艺参数下Kim等人[1]所做的超声椭圆振动切削V型槽实验获得的切削力平均值比较,验证了有限元模型的正确性。利用建立的二维有限元模型模拟了椭圆振动切削和普通切削表面残余应力的分布情况,对比结果表明,采用椭圆振动切削的工件已加工表面在一定深度内形成了分布均匀的表面残余压应力,而普通切削情况下工件已加工表面并没有形成有效的残余压应力,从而预测了椭圆振动切削不仅能够降低切削力、延长刀具使用寿命,还对提高工件表面完整性、增强疲劳寿命和抗腐蚀能力等具有显著的作用。     

喷丸与激光喷丸强化高强度钢对比试验

为了考察和对比喷丸(SP)和激光喷丸(LSP)2种表面强化技术对金属零件的强化效果,以30CrMnSiNi2A钢为试样,进行喷丸和激光喷丸强化处理试验。试验结果显示,2种强化试样的残余压应力和硬度都有较大的提高。分别测定了喷丸强化和激光喷丸强化试样在同一应力水平下的疲劳寿命,并运用扫描电镜分析了两者的疲劳断口。试验结果表明,激光喷丸强化试样中值疲劳寿命是喷丸强化试样的1.11~2.75倍,激光喷丸强化比喷丸强化在提高金属零件表面性能方面的效果更佳。     

焊接接头残余应力的计算机模拟

应用有限元方法，采用有限元分析软件ANSYS，用计算机模拟了焊接接头残余应力的大小和分布，模拟结果和实验结果比较吻合，证明了这种方法具有重要的实用价值。     

Relation between surface hardening and roughness induced by ultrasonic shot peening

This paper is focused on the identification of a relation between surface hardening and roughness induced by ultrasonic shot peening. A method that dissociates the influence of roughness from the value of the true macroscopic hardness is applied to AISI 316L stainless steel specimens treated using different processing conditions. The true macroscopic hardness is identified and used to determine the surface roughness parameter and scale that give the best relation between hardness and roughness. A relation is identified between the five point pit height S_5V roughness parameter (local depth of roughness) and hardness using a high-pass filter with a cut-off of 100 µm. This power function was identified at a scale that corresponds to the size of the shot impacts.     

Influence of shot peening on the surface durability of thermomechanically treated En 24 steel spur gears

En steel, in untreated and thermal treated conditions, with and without shot peening, were tested in a back-to-back gear test rig. Their contact fatigue characteristics were studied and S–N curves have been established. Contact fatigue strength of shot peened gears for a given life showed an improvement in relation to unpeened gears.     

Numerical investigation of surface topography and residual stress after abrasive water jet sequential peening (AWJSP)

Abstract

This article reveals the formation mechanism of surface topography and the formation and coupling mechanism of residual stress field (RSF) after abrasive water jet sequential peening (AWJSP) that can sequential peening on the material surface at a certain distance interval, and proposes a mathematical model of surface dimple characteristic verified by simulation results. In addition, the influences of shot velocity v₀, shot radius R and the distance between the center of adjacent shots D_C on surface topography and RSF were also investigated. Results show the surface dimple forms resulting from the material plastic strain, and the residual stress (RS) is mainly induced by the unrecovered elastic strain resulting from the hindering of plastic strain. Decreasing v₀, R or D_C can decrease the surface roughness R_t, while increasing v₀ and R is beneficial to induce a large and deep compressive RS layer. D_C influences the whole distribution of compressive RS layer directly.     

An inverse approach to determination of residual stresses induced by shot peening in round bars

In this paper an analysis is presented to determine the distribution of a residual stress field from a limited incomplete set of measurements obtained from shot-peened round steel bars. Using an Airy stress function as the primary unknown the axisymmetric stress equations are solved directly. In this new method there exists the flexibility to impose physical conditions that govern the behavior of residual stress to achieve a meaningful complete stress field. This new method aims to achieve the best agreement between the model prediction and limited measured stress components in the sense of least squares approximation. The power of this new method is demonstrated by analyzing experimental data and achieving a good agreement between the model prediction and the results obtained from residual stress measurement.     

残余应力引起的铣削变形有限元分析

应用弹性力学理论推导出了二维连续铣削过程中工件内应力再分布及其引起变形的计算递推公式.解决了有限元建模、初始应力加载、变形评估等仿真关键技术,建立了残余应力引起铣削变形的二维有限元仿真模型.最后对实例进行了仿真计算,分析了残余应力引起的加工变形规律,并用解析法对仿真结果的进行了验证.     

带有残余应力的关节轴承外圈硬切削有限元仿真研究

针对关节轴承冷挤压装配后,其轴承外圈存在较大的残余应力的问题,对多次硬切削关节轴承外圈对残余应力的影响和轴承内外圈间隙的分布规律进行了研究,对自润滑关节轴承挤压装配过程和冷却回弹过程进行了仿真分析,开展了多次硬切削带残余应力的GCr15轴承钢关节轴承外圈有限元仿真分析,建立了材料本构模型、损伤初始准则及损伤演化准则之间的关系,提出了热力耦合有限元仿真分析的方法。在Abaqus软件上对多次硬切削对应力分布情况和轴承外圈回弹量等进行了评价分析。研究结果表明,有限元仿真分析能够预测硬切削对自润滑关节轴承外圈残余应力大小的影响和轴承内外圈间隙的变化规律,这对于通过硬切削释放残余应力,控制和提高工件质量具有重要的理论指导意义。