基于ANSYS/LS-DYNA的受控喷丸工艺过程仿真

将喷丸过程简化为丸粒撞击工件的模型,丸粒看作刚性体,运用ANSYS/LS-DYNA软件进行了数值模拟,分析了覆盖率对残余压应力分布的影响,得出在不完整喷丸覆盖率下工件表面会产生残余拉应力.在单个丸粒模型中,将丸粒的材料改为塑性硬化材料,分析丸粒的速度对残余压应力分布的影响,得出丸粒的材料参数一定时,存在最优喷丸速度,丸速过高会导致丸粒的变形能增加,而使工件表层的最大压应力值和应力层深度下降.     

纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值分析

为研究平面试件在纵-扭复合振动超声深滚加工后材料应力分布及变化规律,采用有限元方法对Q345钢进行了纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值模拟。首先分析了加工后试件材料各应力分量沿深度方向的分布情况,然后研究了静压力、滚压速度、振幅和相位差对加工后材料残余应力的影响规律。结果表明:经纵-扭复合振动超声深滚加工后材料表层残余应力分布较均匀,表面为压应力,压应力沿试件深度方向先增后减;试件最大残余压应力及最大横向残余压应力深度和残余压应力层深度随静压力的增大而增大,随滚压速度的增大而减小,而表面残余压应力和最大纵向残余压应力深度无显著变化;试件横向残余压应力层深度随振幅的增加小幅度地增大,但最大残余压应力幅值和深度和纵向残余压应力层深度几无变化;相位差对残余应力影响可忽略不计。     

喷丸强化对轿车用新型齿轮钢表面应力状态影响的研究

应用单变量及正交试验,并配经X射线应力仪等系统地研究的喷丸工艺参数（丸粒速度、密度及喷丸时间）对工件表面残余应力及其分布的影响规律,试验结果表明：随着三种喷丸工艺参数值的提高,工件表面残余应力增大,尤其是在工件次表层峰值应力增大更明显,且内移,但当丸粒速度接近设备所产生的最大值时,则工件表层应力值几乎不再增加,并讨论了有关机理。     

工艺参数对TC4钛合金喷丸强化影响的仿真分析

利用有限元法针对TC4钛合金的喷丸强化过程,建立了数值模型。首先,运用Abaqus建立的TC4钛合金喷丸强化的有限元模型,分别计算喷丸速度分别为40、60、80、100 m/s的模型,结果表明：当喷丸速度逐渐增大的过程中,表面残余应力,最大残余压应力和残余压应力层厚度都逐渐增大;其次,建立的TC4钛合金喷丸强化的有限元模型,分别计算了垂直入射、入射角为10°和入射角为20°的模型,结果表明：随着入射角的增大,靶材的表面粗糙度并没有显著变化,但对残余压应力的影响不可忽视,主要体现在最大残余应力由607.3 MPa逐渐减小为504.4 MPa,降幅20.4%,残余压应力层的厚度由158.5μm降低到145.2μm,降幅8.4%。入射角度控制在0～10°之间最合适时可以使得喷丸强化效果最优。     

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。     

刀具磨损对加工Inconel 718残余应力影响的研究

为了分析刀具磨损对高温合金表面残余应力的影响规律,根据金属切削原理,以Inconel 718为工件材料,建立车削加工有限元模型,采用单因素控制法探讨刀具前、后刀面和刀尖刃口等因素在不同程度磨损状态下对工件表面残余应力的影响,并进行相关实验验证。研究表明：仿真模拟和实验结果吻合性较好,二者的刀具磨损区域和切屑形态均一致,从侧面验证了仿真模型的可靠性;随着月牙洼深度KN增加,最大残余应力σ_y先增加后减小,最大残余应力σ_x增加,且残余应力影响最大深度为0.5mm;随着后刀面磨损程度增加,最大残余压应力σ_y增加,最大残余拉应力σ_x减小;随着刀尖圆弧半径磨损程度增加,最大残余压应力σ_y增加,最大残余压应力σ_x增加。     

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。     

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。     

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.     

42CrMo钢精车加工表面残余应力有限元仿真研究

基于ABAQUS软件建立了42CrMo锻钢活塞外圆精车加工的二维切削仿真模型,采用单因素法研究了切削参数对残余应力的影响规律.结果 表明:42CrMo钢精车加工过程中,热应力引起的残余拉应力起主导作用,已加工表面产生残余拉应力并沿深度方向迅速转变为压应力.残余应力层深度随进给量和背吃刀量的增大而增大,切削速度对残余应力层深度影响不显著.表面残余拉应力随切削速度和进给量的增大而增大,背吃刀量对表面残余应力影响不显著.最大残余拉应力出现在工件已加工表面以下,表面残余应力、最大残余拉应力和最大残余压应力随切削参数的变化趋势与切削温度随切削参数的变化趋势基本一致.     

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。     

用X射线应力仪测量凸轮轴表面激光淬火相变层的残余应力

利用CO2激光对凸轮轴所用材料QT600-3表面进行了淬火处理试验,并用X-350A型X射线应力仪测定其残余应力分布,分析了残余应力的形成机理.结果表明:经CO2激光淬火后QT600-3的显微组织为隐晶马氏体 石墨,残余应力均为压应力,其值在120 MPa以上,且随着功率的增大而增加;相变层深度随着扫描速率和光斑直径的增加而减小,且随着功率的增大而增加;激光淬火后的材料组织结构比较均匀,有利于提高凸轮轴的使用寿命.     

柴油机曲轴圆角处激光喷丸后的残余应力分布特牲研究

采用ANSYS有限元软件,研究了柴油机曲轴圆角处激光喷丸后的残余应力分布规律,并得到相应的模拟数值。将圆角处模拟的结果与未喷丸曲轴的实测点应力值进行对比分析,结果得出,经过喷丸处理后,曲轴连杆轴颈部位的圆角处残余应力由拉应力变成压应力．材料的硬度和强度明显得到提高。通过此类的有限元仿真,可以对激光喷丸的相关参数进行优化。     

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。     

预应力切削钛合金的有限元分析

为揭示预应力切削对钛合金Ti6Al4V加工表面残余应力的调整机理,探讨切削时锯齿形切屑的形成过程,基于预应力切削原理建立了钛合金的预应力切削有限元模型,模拟了0、280 MPa和560 MPa这3种预应力下的锯齿形切屑形成过程以及已加工表面的残余应力分布。结果表明:采用预应力切削方法可以调整钛合金已加工表面的残余应力状态;预应力对锯齿形切屑的形成过程和切屑特征无明显影响;在材料弹性极限内施加越大的预应力,表面层残余压应力效果越显著,次表层最大残余压应力值越高,残余压应力层分布也越深。     

圆锥台单点增量成形件残余应力研究

单点增量成形过程中残余应力分布与成形件的尺寸精度有着密切的联系。该文以圆锥台件为例,采用1060铝板,首先对残余应力方向进行定义,然后分别通过ABAQUS有限元仿真和实验验证对成形件的等效塑性应变和残余应力进行研究,并根据残余应力分布将成形件沿高度方向进行分区研究。结果表明:采用三维实体模型能准确模拟成形件的残余应力分布,成形件中残余应力主要集中在成形区,且垂向残余应力值较小;弯曲过渡区、平面伸长区和底部变形区的横向残余应力的性质由内到外依次为拉-压、压-拉、拉-压,纵向残余应力则均呈拉应力-压应力的变化。     

超声波喷丸覆盖率对Q345钢表面性能的影响

选用不同的覆盖率对Q345钢试样进行超声波喷丸强化处理.试验结果表明:随着喷丸覆盖率的增加,Q345钢试样表层组织晶粒逐渐变细,显微硬度和表面残余压应力值均不断提高,而表面粗糙度值却随着覆盖率的增加而降低.     

补焊修复12Cr12Mo钢叶片表层复合喷丸后的残余应力

对补焊修复的12Cr12Mo马氏体耐热钢燃气轮机叶片表面进行陶瓷丸+玻璃丸的复合喷丸处理,研究了复合喷丸对叶片表层不同位置处残余应力、显微组织以及硬度的影响。结果表明：复合喷丸后叶片表面各区域均引入较高水平的残余压应力场,其中补焊区残余应力的变化最明显,引入的残余压应力最大,由复合喷丸前的35～224 MPa范围拉应力变为-937～-884 MPa范围压应力;复合喷丸后,叶片表层的X射线衍射半高宽随距表面距离的增加而减小,补焊区表层的X射线衍射半高宽均高于热影响区和基体,说明随距表面距离的增加,组织变形程度减小,且补焊区组织形变最大,组织最细小;叶片表层的硬度随距表面距离的增加而降低,补焊区的表面硬度为621 HV,高于热影响区的482 HV和基体的431 HV。     

相变对管道环焊缝残余应力的影响

利用ADINA程序计算了管道环焊缝接头未考虑相变和考虑相变两种情况下的残余应力,有限元分析中考虑了材料热物理性能参数和力学性能参数的温度相关性.结果表明,考虑相变应力比未考虑相变应力,其外表面的轴向压应力值增加,内表面的拉应力值降低;外表面的环向应力出现压应力,内表面的拉应力值降低,最大拉应力的峰值区偏向近缝区.这说明相变应力对管道接头焊缝和近缝区有较大的影响.计算结果与实测结果基本一致,对焊接接头的金相组织分析也验证了计算结果.     

铝合金超声波喷丸成形制件表面完整性研究

采用试验方法对AA2024-T351进行数控超声波喷丸成形,研究了超声波喷丸成形制件的显微硬度、残余应力场、表面形貌、表面粗糙度及半高宽等随超声波喷丸过程参数变化的规律,定性地探讨了AA2024-T351超声波喷丸后表面完整性的改善状况。结果表明:超声波喷丸后,制件的显微硬度得到了明显提高（最大增幅为20%）,同时在材料表面产生了一定厚度的硬化层（深度约为300μm）;制件内部引入数值较高、分布呈现梯度形式的残余压应力场,残余压应力场的临界深度在500~650μm之间,在距表面200μm处产生了最大残余压应力;制件表面形成一道道犁沟,表面喷丸区域的粗糙度Ra有一定程度的增大;制件表面层的半高宽值变大,深度在125μm左右,半高宽的增大表明材料冷作硬化程度加大、晶体内部位错密度有一定程度的增大。显微硬度的提高、残余压应力场的引入及表面层组织的细化有助于喷丸成形制件疲劳寿命、抗磨损和抗腐蚀性能的提高。