摩擦因数与弹丸形变对超声喷丸纯铜的影响研究

在已有的超声喷丸有限元模型中，绝大多数都忽略了弹丸的弹性、塑性变形对数值模拟结果的影响。同时，关于弹丸表面与受喷材料表面之间的摩擦因数对超声喷丸数值预测结果的影响规律，目前也鲜有报道。为此，以纯铜试样为研究对象，结合超声喷丸实验和数值模拟过程，研究了摩擦因数与弹丸形变对超声喷丸纯铜的影响规律。首先，基于ABAQUS平台建立了单丸粒超声喷丸三维有限元模型；然后，设计了单丸粒超声喷丸实验，依据实验条件分析了喷丸距离对速度的影响，将实验工况输入仿真模型，并分别从弹丸速度、凹坑形貌两方面比较了实验与仿真结果；最后，分别采用刚性丸、弹性丸、弹塑性丸，在摩擦因数为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5的工况下，对纯铜试样进行了超声喷丸数值模拟，对受喷表面的形貌、残余应力进行了分析。研究结果表明：当弹丸与纯铜表面之间的摩擦因数大于0.2时，摩擦因数对超声喷丸纯铜形成的凹坑形貌和残余应力的影响不再显著；超声喷丸纯铜形成的凹坑尺寸、残余压应力深度、最大压应力和表面残余拉应力随弹丸与纯铜之间接触刚度的增大而增大。该研究结果对超声喷丸的数值建模具有重要的指导意义。     

喷丸强化过程的有限元和离散元模拟

利用有限元法建立喷丸强化过程中单/多颗弹丸连续撞击靶材的数值分析模型,对于单弹丸撞击情况,探讨了弹丸参数(速度和角度)对靶材中残余应力场的影响,对于双弹丸连续撞击情况,探讨了第二颗弹丸速度对靶材中残余应力场的影响;建立了模拟喷丸强化过程的三维离散元模型并进行了数值试验研究,分析了喷丸强化过程的工艺参数(质量流速、初始速度、喷嘴攻角等)对颗粒流中弹丸间相互碰撞的影响;结合有限元和离散元计算结果,提出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,以实现更好的强化效果.     

弹丸束喷丸有限元模型数值模拟及试验研究

喷丸工艺是一种有效提高工件表面疲劳抗力的表面处理工艺,被广泛应用在航空、汽车、动力机械等重要领域。喷丸数值模拟是制订喷丸工艺方案、评估喷丸后工件表面疲劳抗力的主要理论工具。目前,现有的喷丸数值模型主要有单弹丸模型、阵列弹丸模型等形式,在这些模型中,弹丸的撞击位置是固定的,忽略了真实的喷丸过程中弹丸位置的随机性。采用有限元计算软件ABAQUS提供的python语言开发一种弹丸在空间位置随机分布的弹丸束喷丸模型,在此模型基础上研究喷丸工艺参数与残余应力间的分布规律,进一步讨论喷丸工艺对工件表面粗糙度的影响,模拟喷丸强度的饱和过程,并通过Q235钢喷丸试验对弹丸束喷丸模型进行验证,为喷丸工艺的精确控制提供了科学依据和理论基础。     

气动辅助超声喷丸强化研究

根据气动辅助超声喷丸强化试验的要求和特点,设计制造了试验用超声变幅杆和气丸混合室以及其他辅助装置,验证了新型喷丸方式的可行性。利用压力测试系统实测弹丸的最大冲击力,应用LS-DYNA软件对单颗弹丸冲击工件的过程进行有限元仿真,对残余压应力仿真结果与理论结果进行对比分析。结果表明:弹丸的实际冲击力与仿真最大压力相当,仿真和接触力学理论得到的残余应力变化趋势相同,仿真结果可以用于对超声喷丸进行初步的预测和分析。     

金属材料喷丸强化有限元模型的演变及展望

喷丸强化工艺是将金属或非金属弹丸高速撞击金属构件,使构件表面产生弹塑性变形的过程,这些变形在材料表层产生具有一定厚度的残余压应力层和组织强化层,从而使得构件材料表面得到强化,并最终显著提高构件的疲劳强度。介绍了喷丸强化工艺的基本原理、特点和相关工艺参数,对有限元分析模型:包括弹丸数量、弹丸分布规律和靶材模型的简化程度等几个方面的演变情况进行了分类归纳和比较,总结了喷丸强化工艺参数对残余应力场的影响规律,对未来喷丸强化机理的研究工作进行了展望。     

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。     

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,喷丸强度的影响更为显著;相同表面覆盖率和喷丸强度下,小直径弹丸可增大残余压应力峰值,大直径弹丸则有利于增大残余压应力层厚;若喷丸前试件粗糙度过大,可通过提高表面覆盖率来增强喷丸强化效果.研究为粗糙表面喷丸强化工艺优化提供了一定的理论依据.     

喷丸齿轮残余应力数值分析与仿真

对比齿轮表层经喷丸处理和未喷丸处理效果,运用X射线应力测定仪进行齿轮表面残余应力测试实验,分析喷丸强化与齿轮表面残余应力之间的关系;基于有限元方法开展齿轮喷丸残余应力场数值模拟分析与仿真,建立基础撞击简化模型,分析揭示喷丸强化处理后齿面表层应力分布规律;讨论弹丸速度和直径大小对表面残余压应力变化的影响,相关结论对于工程实践具有一定的指导意义和参考价值。     

喷丸工艺对18Cr2Ni4WA钢残余应力影响的有限元模拟

采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟了在不同弹丸速度和半径下喷丸强化后18Cr2Ni4WA钢的表层残余应力分布,并进行了试验验证。结果表明:18Cr2Ni4WA钢表层中最大残余压应力随着弹丸速度或弹丸半径的增加均先增大后减小,当弹丸速度为120m·s-1、弹丸半径为0.6mm时喷丸强化效果较佳;喷丸后钢表层残余应力分布的模拟结果和试验结果相吻合,证明了模型的准确性。     

陶瓷弹丸喷丸强化工艺与质量控制在起落架制造技术中的应用研究

在国内外陶瓷弹丸喷丸强化技术应用的基础上,结合某型飞机起落架的研制生产,通过不同材料的产品,用不同规格的陶瓷、铸钢弹丸喷丸进行对比试验,找出了喷丸强化对材料表面产生残余压应力的变化规律,以及强化效果与喷丸前表面状态的关系。从而优化了飞机起落架陶瓷弹丸喷丸的工艺参数,保证了过程质量受控,提高了产品寿命。     

喷丸对2024-T351铝合金表面完整性影响的研究

为研究气动喷丸和超声喷丸两种不同喷丸工艺对2024-T351铝合金表面完整性的影响,在A型阿尔明试片名义弧高值为0.15 mm的喷丸强度下,分别使用气动喷丸和超声喷丸对2024-T351铝合金进行表面喷丸处理,并使用电子扫描显微镜、X射线衍射仪、残余应力分析仪、微观硬度计分析两种喷丸工艺对表面形貌、微观组织结构演变、残余应力、微观硬度的影响。研究表明,气动喷丸和超声喷丸均会显著改变材料的表面形貌,超声喷丸可以产生更小的表面粗糙度值。由于弹丸速度较高,气动喷丸会导致更大程度的塑性变形。采用气动喷丸,试件的残余压应力大于超声喷丸,但残余压应力层深度明显较浅。采用超声喷丸,试件会产生更高的微观硬度和更深的硬化层。     

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。     

飞机起落架筒形零件喷丸强化工艺

介绍了飞机起落架筒形零件喷丸强化工艺过程。通过对弹丸规格、喷丸压力、弹丸流量等参数以及喷丸工艺过程的选择和控制，在达到喷丸强化效果的基础上，保证零件的尺寸精度，满足其使用功能。     

喷丸工艺参数与齿轮表面粗糙度关联规律数值计算研究

喷丸强化除了会对齿轮表面的残余应力场产生影响外,还会改变齿轮表面粗糙度。齿轮齿根处与分度圆处的表面粗糙度会强烈影响其服役性能,因此,研究喷丸过程中齿轮表面粗糙度的演变过程十分必要。为此,建立随机丸粒有限元模型来模拟齿根处与分度圆附近区域的喷丸强化过程,提取冲击区域所有的离散数据用以计算表面粗糙度参数;数值模拟得到的结果与齿轮喷丸后的测试结果基本吻合;并研究了喷丸时间、弹丸大小、冲击速度对齿根处与分度圆附近表面粗糙度参数的影响,从而可以合理地选择喷丸工艺参数,以达到控制齿轮喷丸后表面粗糙度的目的。研究结果表明,在同样的喷丸工艺参数下,分度圆处表面粗糙度R_a值与R_z值明显小于齿根处;随着冲击速度及弹丸直径的增加,齿根处表面粗糙度R_a值、R_z值明显增加且弹丸直径对粗糙度参数的影响大于冲击速度;随着冲击速度及弹丸直径的增加,分度圆表面粗糙度R_a值、R_z值明显增加,R_(mr(-1))值减小,且弹丸直径对粗糙度参数的影响大于冲击速度。     

基于FEM-DEM的齿轮钢随机喷丸模型及残余应力仿真研究

以20CrMnTi材料制造的齿轮钢为受喷目标,基于对Abaqus有限元软件,应用P3D3离散单元的DEM模型模拟弹丸喷射,建立了随机喷丸的"FEM-DEM"模型。研究了不同沙漏刚度对模型结果的影响,获得了有效控制沙漏模式的沙漏刚度。建立了基于"FEM-DEM"喷丸模型求解的覆盖率表征模型,得出了满足100%覆盖率时所需的弹丸数。同时研究了不同覆盖率对齿轮钢残余应力的影响,当覆盖率小于100%时,喷丸强化应力效果显著,超过200%应力强化作用减弱。     

浅谈金属的喷丸强化

一、喷丸强化原理喷丸强化过程就是将高速运动的弹丸流连续向金属零件表面喷射的过程,弹丸流的喷射如同无数小锤向金属表面锤击,使得金属表面层产生极为强烈的塑性形变,从而产生了冷作硬化层,此层称为表面强化层。从应力状态来看强化层内形成较高的残余压应力;从组织结构来看强化层内形成了更加细小的亚晶粒组织。二、喷丸强化对金属材料性能的影响喷丸强化层深度约为0.07～0.5毫米。     

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。     

喷丸强化可提高弹簧寿命

最近根据布里斯托尔静态试验弹簧联合有限公司(Associated Spring Inc., Bristol, CT.)进行的研究表明:对压缩弹簧进行适当的喷丸强化处理后,其许用应力和疲劳寿命均提高40％以上。喷丸强化后弹簧钢丝表面产生一层残余压应力,从而可改善弹簧的工作性能,延长弹簧使用寿命。喷丸强化的目的是用最大程度的压应力使金属表面获得最小的变形。在这一过程中需要控制的变量主要是喷丸时间、弹丸速度及弹丸直径。经喷丸强化处理后可大大减少由于金属表面的凹坑、刻痕、接缝等     

薄壁筒形零件喷丸变形控制

文中主要介绍了对薄壁筒形零件喷丸时,通过控制弹丸规格、喷丸压力、弹丸流量等参数以及喷丸的工艺过程等,在达到喷丸强化效果的基础上,零件尺寸变形得到有效的控制。     

基于正交试验法的喷丸工艺多目标参数优化

结合正交试验法和显式动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA对不同工艺条件下的喷丸过程进行模拟分析,运用综合评分法对喷丸后的工件表面层残余压应力层深度、表面残余压应力、最大残余压应力值深度及最大残余压应力值4个目标值进行综合评判。通过对综合目标值的极差分析,确定弹丸直径、冲击角度、冲击速度、搭接率、同一位置的冲击次数、弹丸与工件的摩擦因数,以及弹丸材质7个喷丸工艺参数对综合目标值的影响程度,通过综合评判结果分析得出最优的喷丸工艺参数组合方案,并对该工艺参数组合方案进行模拟验证。