喷丸强化过程及冲击效应的数值模拟

运用大型有限元软件LS-DYNA建立了喷丸强化处理过程的三维有限元模型, 研究了弹丸冲击作用下, 铝合金材料Al 2024-T3动态响应过程中的应力波结构、应变率效应及应力波衰减效应等动态参量; 研究了弹丸搭接率对于残余应力场的影响, 建立了高覆盖率多丸粒强化模型; 研究了冲击顺序、材料应变率及初始残余应力对强化效应的影响; 研究了喷丸强化后的表面微观变形特征. 分析结果表明, 弹丸高速冲击引起的弹塑性双波会在材料内部形成高应变率效应; 弹丸搭接率ζ对于强化效应有明显影响, ζ=1/2是近似的临界值; 不同冲击顺序对于强化效果的影响较小, 材料应变率对于强化效果有显著影响; 初始残余应力对于喷丸强化最终形成的残余应力场的影响取决于弹丸冲击速度; 经过喷丸强化处理, 零件表面形成微米级凹坑, 并且随着冲击次数和喷丸覆盖率的提高, 凹坑深度逐渐增加.     

基于随机多丸粒模型的TC4钛合金喷丸强化数值分析

考虑丸粒的空间位置随机分布,利用ABAQUS建立了多丸粒喷丸强化过程有限元模型,获得喷丸覆盖率与丸粒数目之间的数学关系,通过不同丸粒数目得到对应的覆盖率,并在100%覆盖率下进一步分析丸粒直径、喷丸速度对残余应力及表面粗糙度的影响。结果表明,在100%覆盖率下,表面残余压应力在改变喷丸速度时变化较为显著,而最大残余压应力在改变丸粒直径时变化较大,残余压应力层深、最大残余压应力层深和表面粗糙度随着丸粒直径、喷丸速度增大而增大。     

基于ABAQUS的大尺寸弹丸喷丸过程数值模拟

利用ABAQUS软件建立了单弹丸和多弹丸的喷丸有限元模型,研究了大弹丸喷丸2024铝板的动力学过程,分析了弹丸直径和喷丸覆盖率对板材塑性应变和沿弹坑表面及厚度方向残余应力的影响。模拟结果表明,增加弹丸直径可以使板材塑性应变层及残余压应力层深度增大,弹坑尺寸及弹坑"凸边"附近的残余拉应力也随之增大;塑性应变层和压应力层深度随喷丸覆盖率的提高而增大,但覆盖率达到一定程度时增加不再明显。     

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。     

前混合水射流喷丸残余应力的数值模拟

金属材料的疲劳破坏已经成为制约金属零件使用寿命的主要因素,用水射流喷丸来改变金属材料表面的残余应力以提高金属零部件的疲劳寿命已成为最有效的方法。本文根据有限元理论,运用动力显式算法建立有限元模型,将喷丸过程简化为弹丸撞击靶体的模型,利用ANSYS／LS—DY—NA软件进行了数值模拟。结果表明：研究靶体的残余应力分布情况能得出最大残余压应力的值及位置,能得出残余应力场的分布和残余应力场深度;研究靶体的应变能够得出靶体表面的变形和表面Y应变的分布。     

喷丸除锈过程及效果的数值模拟研究

目的模拟研究喷丸除锈工艺的过程和处理效果,为优化工艺参数提供指引。方法以建筑用低碳钢及其锈蚀产物为研究对象,利用单元去除技术和周期性胞元方法建立有限元模型,模拟多个丸粒随机撞击和氧化层去除的过程,并与文献中的实验数据进行了对比验证,从氧化层去除速率、去除后的表面粗糙度和表层残余应力三个角度分析喷丸除锈工艺的效果。结果提高除锈效果可从增大丸粒入射速度和丸粒直径来入手,氧化层越厚喷丸除锈处理的时间越长。结论喷丸除锈工艺能有效去除锈蚀层,同时改善表面粗糙度和引入残余压应力,具有较广的应用前景。有限元模拟能为该工艺优化提供便捷的研究途径。     

基于静力等效的喷丸工艺数值模拟

根据喷丸过程的特点,用静力等效的方法对喷丸强化工艺进行数值模拟,避免了动态显式算法中计算结果的不稳定。分析弹丸与工件之间的平均接触应力的变化规律,对喷丸过程中的不同阶段进行划分,推导了等效载荷的表达式。考虑到弹坑分布对于残余应力的影响,开发了弹坑阵列模型,结果表明,弹坑阵列模型预测的残余应力分布与实际情况相符。     

300M钢件表面的喷丸强化

针对300M钢材料研究了4种不同喷丸工艺。分别对喷丸层的残余应力、组织结构、显微硬度及其分布和表面粗糙度进行了测试与分析。结果表明,高硬度陶瓷丸在较低的喷丸强度下可以获得较高的残余压应力,且不会大幅度提高表面粗糙度值;钢丝切丸喷丸后虽然得到比较好的残余应力分布,但伴随的是表面粗糙度值的大幅提高;大粒径高强度钢丝喷丸不会使残余压应力水平得到很好的提高,而是会大幅增加粗糙度值;钢丝切丸+陶瓷丸的复合喷丸强化工艺在粗糙度改变不大的前提下,可以获得较好的强化效果和表层组织结构。     

二次喷丸42CrMo钢表面完整性的数值模拟研究

目的探究二次喷丸工艺参数对42CrMo钢零件表面完整性的影响规律。方法建立三维随机喷丸有限元模型,并通过实验验证有限元模型预测残余应力的准确性。将一次喷丸后零件的表面形貌和应力应变结果作为初始状态导入到二次喷丸模型中,构建出二次喷丸预测模型。分析二次喷丸参数对42CrMo钢零件表面残余应力场、表面粗糙度以及等效塑性形变场的影响情况。结果二次喷丸后,42CrMo钢零件近表层(0～100μm)的残余压应力值均比初始状态有所增加。增加二次喷丸覆盖率对表面残余应力的提升作用最为明显,最大可比初始状态提高63.3%,而增加二次喷丸直径对残余应力的改善效果最不明显。过度增加二次喷丸速度会导致表面粗糙度明显增加,提高二次喷丸覆盖率可显著降低表面粗糙度,覆盖率为300%时,粗糙度比初始状态减小了14.4%。表层PEEQ值随着二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率的增加而增加,但当二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率增加到一定程度后,表层PEEQ值会趋于饱和。结论二次喷丸预测模型揭示了二次喷丸参数与42CrMo钢零件表面完整性之间的影响规律,为二次喷丸的工业应用提供了一定的参考意义。     

风机叶轮热处理工艺优化的数值模拟

利用大型通用有限元软件对某风机叶轮的焊接过程及几种不同热处理工艺进行了模拟。结果表明,焊态下叶轮的应力主要集中在焊缝处及热影响区处,应力水平较高,大小分布起伏不定。热处理计算结果显示,700 ℃保温3 h（F1）、700 ℃保温8 h（F2）及600 ℃保温3 h（F3）三种工艺下,叶轮的应力值明显降低,最大降低81%,应力分布较为均匀,畸变也较焊态有很大的降低,最大畸变量只有0.669 mm。综合考虑,推荐选用700 ℃保温3 h（F1）和600 ℃保温3 h（F3）。     

Numerical simulation on butt-welding of CLAM steel

Thermo-mechanical simulations of single butt welding were performed for CLAM steel,utilizing commercial software,ANSYS,in which double ellipsoid heat source model was introduced and phase transition action was precluded.The residual stress distributions based on the calculated temperature field were calculated and almost coincided with those from the experimental results.Based on the simulation,it was also found that tensile stress exists in the partial melting region and bond area; whilst compressive stress turns on away from weld zone.The residual stress over the cross section is very little and it is also confirmed to be tensile stress.     

机械喷丸对7A52铝合金焊接接头残余应力改善的有限元模拟

分别建立了7A52铝合金双丝MIG焊热力耦合计算模型及GCr15钢弹丸撞击7A52铝合金试板的三维简化模型.在不影响计算结果的前提下,适当增大了焊接试板弹丸撞击区域网格尺寸.获得了焊接接头的残余应力场计算结果,并分析了弹丸大小、弹丸速度对喷丸残余应力场的影响规律,进而优化了喷丸参数.在此基础上利用隐式求解器与显式求解器之间的数据传递方法,将铝合金试板焊后残余应力场与喷丸处理过程进行耦合计算.结果表明,焊后试板喷丸处理对焊缝及近缝区表面残余应力、试板厚度方向残余应力分布状态均有较明显改善.     

大型固体发动机壳体热处理工艺优化数值模拟

利用大型通用有限元软件对大型固体发动机壳体的焊接过程及几种不同热处理工艺进行了模拟。结果表明：焊态下壳体的应力主要集中在电缆座的角焊缝处,应力水平较高。退火热处理结果显示,随着退火温度的升高和出炉温度的降低,退火后壳体电缆座附近的峰值等效应力明显减小,当退火保温温度为700~730 ℃,退火出炉温度为350~400 ℃时,能最大限度地降低电缆座残余应力,减小裂纹倾向。     

埋弧焊焊接及校正过程数值模拟

针对金属结构在焊后易产生残余应力和焊接变形的问题,以一种对焊钢制梁为例,采用有限单元法模拟埋弧焊焊后的残余应力和变形.结果表明,钢制梁焊后存在较大的残余应力,且纵向残余应力大于横向残余应力.以焊接结果为初始条件,分析是否考虑残余应力对校正后钢制梁应力分布的影响,结果显示校正后焊缝处仍存在较大的应力,因此焊接残余应力不能...     

激光喷丸诱导的残余应力的有限元分析

激光喷丸成形是一项新技术,是利用强激光辐照材料表面产生的高压冲击波对材料内部诱导的残余应力来成形金属板料的,控制残余应力场的分布是精确成形板料的关键。有限元模拟技术是预测激光诱导的残余应力场的有效方法之一。该文建立激光诱导残余应力模拟的模型,讨论了模拟过程中关键问题的技术处理,如加载历史、本构关系、网格划分、求解时间等。数值模拟的过程主要包括动态分析和静态分析两个步骤,模拟结果表明,残余压应力的大小和残余压应力层的深度随激光的功率密度的增加而增加,最后趋于饱和。模拟结果和试验结果较为一致。