微粒子喷丸对靶材残余应力场的影响

为了研究微粒子喷丸多颗粒冲击靶材时的残余应力场,建立了1个中心粒子周边均布6个粒子的7粒子冲击模型。应用有限元软件,对微粒子搭接率、冲击速度、冲击角度、直径等喷丸工艺参数对中心粒子冲击坑中心点处残余应力场的影响进行了仿真研究。结果表明:当搭接率ζ≤0.5时,ζ的变化对残余压应力场深度没有影响,而ζ=0.75是表面残余压应力S_S变化的分界线,只有在ζ＞0.75时,残余压应力场的4个特征值才均随着ζ的增大而增大;增大微粒子直径、减小冲击角度,有利于增大残余压应力场的深度,但同时也会减小残余压应力场的大小。增大微粒子的冲击速度,残余压应力场的深度增大,而残余压应力场的大小呈现一定的波动性,但是两者均在冲击速度为200 m/s时取得最大。     

S30432钢表面喷丸残余应力场的分析

运用有限元软件ABAQUS建立了模拟喷丸残余应力场的三维有限元模型,预测了钢丸喷射所产生的残余应力场,分析了喷丸强度、弹丸尺寸对S30432不锈钢靶材残余应力分布的影响以及变化特征。计算结果表明,喷丸后靶材表面产生残余压应力层,在近表层产生最大残余应力峰,同时在次表层形成二次残余应力峰。在相同弹丸直径、不同喷丸速度下,靶材近表层产生的最大残余压应力峰位接近,次表层产生的残余压应力峰位随速度的增加而加深,但近表层最大残余压应力值随速度的增加而增大;在相同喷丸速度、不同弹丸直径的喷丸作用下,近表层产生的最大残余压应力值的大小相近,而次表层产生的残余压应力峰值随弹丸直径的增大而增加,残余压应力影响层深度随速度增加呈线性增加。     

喷丸试件表面粗糙度与残余应力相关性研究

对铝合金材料进行喷丸处理是铝合金材料强化的常用方法,该方法可以改善铝合金材料的抗疲劳性能,延缓其在循环载荷下疲劳裂纹的萌生及扩展。喷丸强化产生最直接的两个影响是材料表面粗糙度的增加和材料残余应力的引入,其中所形成的喷丸表面残余压应力层被认为是提高材料抗疲劳性能的强化因素,而表面粗糙度的增加则对材料的抗疲劳性能产生不利影响,故有必要从上述"强化"和"弱化"两个侧面综合评价喷丸对材料抗疲劳性能的影响,以期在提高喷丸残余应力的同时使其表面粗糙度的增加得到有效抑制。文章首先对喷丸试件的表面粗糙度和残余应力进行了实际测量;随后通过建立喷丸数值仿真模型分别得到了试件表面粗糙度和残余应力的仿真结果,并通过与实验结果的对照验证了仿真分析的正确性;进而利用该仿真模型探究了表面粗糙度和残余应力之间的相关性。分析表明最大残余压应力与表面粗糙度呈线性相关关系,通过增加喷丸速度以达到所需的σmax值同时可最大程度的抑制粗糙度的增长;最大残余压应力层深度与表面粗糙度呈线性相关关系,通过增加丸粒直径可达到所需的Zmax值同时可最大程度的抑制粗糙度的增长。     

铝合金超声喷丸残余应力场

为定量探索喷丸工艺参数对超声喷丸后材料表层残余应力场分布和硬化程度的影响规律,采用X射线衍射法研究了撞针式超声喷丸后7055-T7751铝合金表层残余应力和半高宽的分布情况。结果表明:超声喷丸残余应力场分布深度(Zo)、最大残余压应力值(σmrs)及其深度(Zm)在一定范围内随冲击振幅(f)和撞针直径(d)的增加而增大。最佳工艺参数有两组,分别为2mm直径撞针和80%冲击振幅、3mm直径撞针和70%冲击振幅,两者使最大残余压应力分布深度提高1.31倍以上,且使材料冷作硬化层深度提高0.7mm以上,并分别将最大残余压应力值提高到喷丸前的6.8倍和8.14倍。分析认为,超声喷丸对优化材料表面残余压应力场方面效果显著,适当强度的超声喷丸能够有效提高材料疲劳极限、表面冷作硬化程度。     

飞机腐蚀损伤构件喷丸强化后的表面残余应力场

目的：研究喷丸方式、飞机构件腐蚀损伤表面形状参数对受喷表面残余应力场的影响。方法以7075铝合金腐蚀损伤飞机构件为研究对象,采用玻璃弹丸作为喷丸介质,通过 Abaqus 软件建立随机多弹丸有限元模型,获得固定方向喷丸和固定角度喷丸两种喷丸方式下以及不同损伤表面几何形状参数下的表面残余应力场,并通过试验进行验证。结果采用固定角度喷丸能够获得比较均匀的表面残余应力场,而固定方向喷丸时,损伤构件表面不同部位的残余应力存在明显差异。结论在其他参数不变的情况下,弹丸入射角越小,残余压应力越大。应尽量采用垂直撞击方式进行喷丸处理,喷丸处理前清理腐蚀产物时,应形成较为平缓的损伤面过渡区域。     

钛合金喷丸残余应力场与热松弛

用100%和300%覆盖率喷丸方法对TC4钛合金表面进行强化,分析了表面覆盖率和热暴露温度对合金表面残余应力场和半高宽的影响。结果表明,喷丸后,较高的覆盖率可以提高残余压应力的数值、深度及半高宽数值;经过200 ℃×1 h热暴露后,覆盖率为100%和300%喷丸的钛合金表面残余应力场和半高宽分布基本一致,说明覆盖率偏高对于残余应力场的热稳定性有不利影响;经过500 ℃×1 h热暴露后,覆盖率为100%和300%喷丸的钛合金表面残余应力场均松弛殆尽,说明热暴露温度对残余应力具有重要影响,而表面层半高宽仍高于基体,说明喷丸产生的塑性形变强化效果仍可能存在。     

微粒子喷丸影响因素的数值仿真

微粒子喷丸得到的残余压应力场和表面粗糙度除了受微粒子直径和冲击速度的影响,还受到冲击次数,冲击角度和搭接率的影响,为了研究这些工艺参数对微粒子喷丸强化效果的影响规律,采用ANSYS/LS-DYNA对微粒子喷丸的有限元模型进行了数值仿真分析。结果表明,随着冲击次数的增加和冲击角度的增大,残余压应力场的大小和深度逐渐增大,表面粗糙度也逐渐增大。残余压应力场的大小和深度以及表面粗糙度都与搭接率呈下凹的二次曲线关系。     

喷丸条件对残余应力场的影响规律

采用试验方法研究了喷丸条件对残余挤压应力场的影响规律.试验对不同弹丸尺寸、不同覆盖率所形成的残余应力场采用X射线方法进行测量,结果表明,喷丸条件对残余应力场的深度和水平的影响存在如下规律:弹丸尺寸对残余应力场的深度影响明显,在相同的喷丸气压和喷丸强度下,大弹丸形成的残余应力场较深;弹丸覆盖率对残余应力水平影响明显,相同喷丸气压下,增加喷丸覆盖率则能提高残余应力水平;试件厚度对应力分布无明显影响.     

高强度钢喷丸强化残余压应力场特征

对高强度钢不同喷丸强化规范下引入的残余压应力场进行了深入研究，归纳了喷丸强化残余压应力场的特征，总结了工程上实用的喷丸残余压应力场规律并澄清了一些错误认识。     

7075高强铝合金表面喷丸残余应力场及其热松弛试验研究

对7075高强铝合金试件进行表面喷丸强化,分析表面粗糙度与表层残余应力分布情况,并引入退火热处理评估喷丸对疲劳寿命的增益效果与稳定性。结果表明,喷丸同时引入显著的表层残余压应力,表层残余应力峰值与表面粗糙度随喷丸强度增加而逐渐加剧且应力峰内移;残余应力场根据退火处理的温度与时间不同出现水平不一的应力松弛,并最终稳定在新的残余应力场状态。     

喷丸处理的锆合金残余应力场分布规律

目的通过不同的喷丸处理工艺,探索适用于锆合金包壳管的喷丸处理参数。方法对锆合金包壳管采取9种不同的喷丸处理工艺且编号(1—9号),采用XRD残余应力检测技术,对处理后的包壳管试样分别进行轴向和切向的残余应力场测定。结果未喷丸处理的试样表面轴向、切向残余应力分别为-277 MPa和-250 MPa,最大应力在最外表层。喷丸处理试样表面轴向残余压应力比未喷丸处理的大,只有9号工艺对应的表面轴向残余应力比未喷丸的小,这很有可能是因为喷丸强度过大,在表面形成了微裂纹,残余应力得以释放,所以锆合金包壳管的喷丸强度不宜超过0.40 mm A。对于强度较高的5—9号喷丸工艺,喷丸强度达到0.15 mm A以上,包壳管压应力影响层的厚度均超过460μm,几乎达到了喷丸处理后包壳管的整个壁厚。在相同喷丸强度和相同弹丸直径条件下,玻璃丸的表面压应力和最大压应力与不锈钢丸的相近,不锈钢丸处理的压应力影响层比玻璃丸处理的压应力影响层厚约80μm。结论在相同喷丸强度和相同弹丸材料下,改变弹丸直径对锆合金两个方向上的表面残余应力和最大残余应力的大小影响不大;直径较小的弹丸对应轴向最大残余应力的位置更深,直径较大的弹丸对应切向最大残余应力的位置更深。随着锆合金喷丸强度的增加(没有出现过喷),表面两个方向上的残余应力都增加,两个方向上的最大残余应力也有所增加。     

300M钢喷丸强化残余应力场的数值模拟

利用有限元分析软件ABAQUS 6.12,建立了300M钢喷丸强化有限元模型,利用单弹丸多次冲击靶材的方式模拟喷丸过程中靶材表面发生的循环塑性变形。在控制相同动能输入的条件下,分别选取3种喷丸工艺,对不同喷丸工艺处理后的残余应力场进行有限元模拟并加以比较。结果表明:控制动能输入而改变弹丸尺寸与速度的3种工艺中,弹丸尺寸与速度分别为0.8mm与37m/s时,靶材获得"饱和"残余压应力场所需冲击次数最少,"饱和"残余应力场的分布也各不相同,残余压应力场强度是多个工艺参数的函数。     

钛合金喷丸后的残余应力场与热松弛分析

采用100%和300%覆盖率喷丸方法对TC4钛合金表面进行强化,分析了表面覆盖率和热暴露温度对合金表面残余应力场和半高宽的影响。结果表明:喷丸后,较高的覆盖率可以提高残余压应力的数值、深度及半高宽数值;经过200℃×1 h热暴露后,覆盖率为100%和300%喷丸的钛合金表面残余应力场和半高宽分布基本一致,说明覆盖率偏高对于残余应力场的热稳定性有不利影响;经过500℃×1 h热暴露后,覆盖率为100%和300%喷丸的钛合金表面残余应力场均松弛殆尽,说明热暴露温度对残余应力具有重要影响,而表面层半高宽仍高于基体,说明喷丸产生的塑性形变强化效果仍可能存在。     

弹簧表层优化喷丸残余应力场的工程计算方法

以往多是依靠疲劳试验或经验来选择弹簧的喷丸强化工艺参数，这种传统作法不仅人力和物力耗费大，而且所确定的工艺参数也不一定具有最佳的强化效果。依据作者提出的并已获得试验验证的“内部疲劳极限理论”，提出一种通过工程计算获得达到预先规定疲劳强度应具备的“优化残余应力场”。这样便有可能把喷丸强化工艺技术在制造业中的应用由以往单纯依靠试验和经验而步入到以工程计算为基础与少量典型试验相结合的更科学的途径。     

喷丸表面粗糙度对疲劳寿命影响研究

为研究喷丸处理对铝合金表面粗糙度及其抗疲劳性能的影响,文章提出一种采用数值模拟计算表面粗糙度的方法。首先利用ABAQUS有限元软件建立多丸粒喷丸强化数值模型,将得到的残余应力结果与文献实验结果进行对比以验证该模型的准确性。然后选用轮廓最大高度Rz作为表面粗糙度参数,设计正交试验研究弹丸尺寸、冲击角度、冲击速度和弹丸数量对工件表面粗糙度的影响程度,进而分析喷丸表面粗糙度对应力集中系数和疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明:四因素对Rz的影响程度依次为:弹丸直径冲击角度冲击速度弹丸数量。疲劳裂纹萌生寿命受表面粗糙度的影响,但两者间并非一一对应关系。应力集中系数由工件表面粗糙度和弹坑底部曲率半径共同影响,且两者呈反比关系,即应力集中系数越大,疲劳裂纹萌生寿命越短。     

喷丸对7075-T651铝合金表面粗糙度影响的仿真与实验研究

为探究不同喷丸工艺参数对7075-T651铝合金表面粗糙度(Ra)的影响,首先利用ANSYS/LS-DYNA建立了三维动态喷丸有限元模型,然后根据Ra离散化计算式采集模型节点位移数据,获得了不同覆盖率、喷射距离、弹丸直径和喷射压力下的表面粗糙度值,再结合表面粗糙度、硬度和应力测试结果,分析不同工艺参数对7075-T65...     

冲击波动态传播特性对激光喷丸残余应力场的影响

以TC4钛合金为研究对象,基于Johnson-Cook本构模型,分析了高应变率效应对激光喷丸过程中塑性波波速的影响。通过三维有限元方法模拟了不同作用参数激光喷丸诱导冲击波的传播过程,探讨了多次激光喷丸作用后残余压应力饱和现象的产生机理及利用该效应获得均匀表面残余压应力的方法。结果表明:高应变率效应对激光喷丸作用过程中塑性波速度有显著影响,塑性波的速度与所产生的塑性应变呈反比关系。功率密度越大,初始产生的塑性应变越大,塑性波速度越小,冲击波能量衰减越快,冲击波压力幅值降低越快;相同激光喷丸功率密度,随着作用次数的增加,产生的塑性应变逐渐减小,塑性波速度增大,冲击波压力衰减变缓,使激光喷丸诱导的残余压应力逐渐增大;作用次数达到3~4次时,衰减过程基本相似,诱导的残余压应力增幅不大,作用效果基本达到饱和。利用多次激光喷丸作用产生的饱和效应,当激光光斑搭接率超过50%时,即可使搭接区域作用次数达到3次及以上,使激光喷丸作用效果达到饱和,可获得均匀的表面残余压应力。     

喷丸工艺对7075铝合金表面粗糙度的影响

为探讨7075铝合金构件表面粗糙度与喷丸工艺参数的关系,采用ABAQUS三维有限元模拟软件建立了单个玻璃弹丸的撞击模型,在有限元分析的基础上,根据所得到的单个弹坑的几何尺寸,提出了表面粗糙度特征值Ra的理论预测模型。针对不同的弹丸直径、喷射气压、喷嘴距离以及喷丸覆盖率等喷丸工艺参数下的粗糙度值Ra进行了理论预测,并与实际7075铝合金喷丸后的表面粗糙度Ra进行了对比。结果表明,粗糙度特征值Ra随弹丸直径和喷射气压的增加而增加;Ra随覆盖率的增加呈现先增加后减少的变化趋势;喷嘴距离在一定范围内的变化对Ra几乎没有影响;Ra的预测值与实测值吻合良好,预测模型具有较高的可靠性。