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。     

TC21钛合金孔挤压强化模拟

采用弹塑性有限元法对TC21钛合金耳片衬套挤压和芯棒挤压过程进行仿真模拟,对比分析经两种工艺挤压后孔周边的残余应力分布规律;结合未经孔挤压强化和经两种不同孔挤压工艺强化的耳片疲劳实验结果,对两种不同孔挤压工艺的强化效果进行了分析。结果表明,挤压后孔边残余应力沿径向、周向和厚度方向的分布都呈现一定的变化规律,且芯棒挤压后的残余应力分布比衬套挤压更均匀,两种挤压方式都能起到强化效果,但芯棒挤压的强化效果更好。     

A100钢开缝衬套孔挤压强化残余应力场

为研究A-100钢开缝衬套挤压工艺,提高孔的抗疲劳性能,使用X射线衍射方法和中间开孔的板状试样,研究开缝衬套挤压过盈量、挤后铰削量和保温温度对残余压应力场的影响。研究表明,由于孔受挤压发生弹塑性变形而引入切向残余压应力(σh),σh值随开缝衬套挤压过盈量(Ice)增加而显著增大,当Ice为0.4mm时,σh值可达-500 MPa以上。未铰削的挤压试样,孔边缘残余压应力最大,可达到-680MPa,随着铰削量(R)的增大,σh降低,而当绞削量达到0.7mm时,σh仅剩余28%。保温10h后,各点σh值均明显降低,350℃下孔边缘σh仅存14%。     

A-100钢开缝衬套孔挤压强化残余应力场研究

为研究A-100钢开缝衬套挤压工艺,提高孔的疲劳性能,使用X射线衍射方法和中间开孔的板状试样,研究开缝衬套挤压过盈量、挤后铰削量和保温温度对残余压应力场的影响。研究表明,由于孔受挤压发生弹塑性变形而引入切向残余压应力(σ_h),σ_h值随开缝衬套挤压过盈量(I_ce)增加而显著增大,当I_ce =0.4mm时,σ_h值可达-500MPa以上。未铰削的挤压试样,孔边缘残余压应力最大,可达到-680MPa,随着铰削量(R)的增大,σ_h降低,而当R=0.7mm时,σ_h仅剩余28%。保温10小时后,各点σ_h值均明显降低, 350℃下孔边缘σ_h仅存14%。     

孔挤压强化技术研究进展

概述了直接、间接和复合孔挤压强化的研究现状,从残余应力与微观组织的角度总结了孔挤压强化的抗疲劳强化机理,基于孔结构的疲劳寿命和断口形貌详细分析了孔挤压强化的疲劳性能。研究结果表明,孔挤压强化的孔结构孔壁形成残余压应力,孔结构受到外加交变载荷时孔壁残余压应力能够抵消部分外加交变载荷产生的拉应力,降低了受载孔结构孔壁的应力峰值和平均应力;孔挤压强化的孔结构孔壁发生剧烈的塑性变形,孔壁微观组织发生细化,形成位错胞状结构,能够抑制晶粒的位错滑移,延缓了疲劳裂纹萌生,增大了疲劳裂纹萌生的门槛值,降低了疲劳裂纹扩展速率;在残余应力和微观组织的共同作用下,提高了孔挤压强化孔结构的疲劳寿命。最后,展望了孔挤压强化的发展趋势和研究问题。     

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。     

堆焊金属残余应力场的计算机模拟

采用60CrMnMo钢为基体材料,用AST型X射线应力分析仪对堆焊残余应力场进行了测定。发现在堆焊金属中心部位和熔合区附近的热影响区出现了两个残余拉应力峰值。用ANSYS计算软件,模拟了堆焊过程中温度场和残余应力场的分布,在模拟中考虑了马氏体相变、杨氏模量与其它参数对计算结果的影响,并将计算值与残余应力场的测量值进行了比较。结果表明,残余应力场的计算结果与实测结果吻合较好,说明本文建立的有限元计算模型是有效的。采用这一模型,模拟了不同试样尺寸对堆焊金属残余应力场分布的影响。计算结果表明,随着试样尺寸的增大,残余应力峰值增大,且峰值益发生变化。     

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。     

孔挤压强化对Inconel 718高温合金疲劳性能的影响

为了提高Inconel 718高温合金螺栓连接孔的疲劳抗力,研究了孔挤压强化对Inconel 718高温合金中心孔试样疲劳寿命的影响,并采用扫描电镜、粗糙度仪、X射线应力测量仪及金相显微镜等仪器对孔壁表面完整性进行分析,探讨了孔挤压强化机制。结果表明:1.90%挤压过盈量的中心孔试样的中值疲劳寿命是未强化试样中值疲劳寿命的1.16~4.79倍。与2.85%挤压过盈量的试样相比,1.90%挤压过盈量试样取得了更优的疲劳寿命增益效果。分析发现:经1.90%挤压过盈量的孔挤压强化后,孔壁表面完整性得到了显著改善,孔壁表面粗糙度下降了64.2%,孔边形成了较深的残余压应力场,孔边晶粒组织发生了明显的塑性变形,形成了组织强化层。表面完整性的改善对疲劳寿命的增益具有重要作用。     

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。     

基于正态分布的GCr15轴承钢强化研磨残余应力场数值模拟

目的 探索强化研磨不同工艺参数下定点喷射对GCr15轴承钢残余应力场的影响规律。方法 采用图像处理技术分析了不同工艺参数下强化研磨定点喷射表面覆盖率的分布特征。采用二维正态分布函数描述强化研磨定点喷射下钢珠的分布特征,运用Python/Opencv确定了在不同工艺参数下有限元模型所需的钢珠数量,基于Abaqus/Python构建出强化研磨正态分布有限元模型。运用所建立的正态分布模型分析不同喷射速度、钢珠直径及覆盖率对残余应力场的影响。结果 当喷射速度从45 m/s增加到70 m/s时,表面残余压应力从-683.5 MPa增加到-902.4 MPa,最大残余压应力从-981.6 MPa增加到-1330.6 MPa,残余压力层厚度从89μm增加到151μm,最大残余压应力深度从30μm移动到70μm。当钢珠直径从0.4 mm增加到1.0 mm时,表面残余压应力先增大后减小,最大残余压应力从-1063.5MPa增加到-1240.7MPa,最大残余压应力深度从30μm增加到60μm,残余压应力层厚度从103μm增加到147μm,其中钢珠直径从0.8 mm增加到1.0mm,最大残余压应力保持不变...     

激光冲击强化残余应力场的数值仿真分析

基于激光冲击强化LY12CZ航空铝合金的试验,采用显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA对激光冲击诱发的残余应力场进行数值模拟。对模拟中的关键问题,如加载历史、本构关系、网格划分、求解时间等进行了处理。对激光冲击强化后,冲击区表面和深度方向上的残余应力分布特点进行了分析。研究表明,在最佳激光峰值压力下, LY12CZ航空铝合金经激光冲击后,金属表面产生深度为0.5 mm的残余压应力。模拟和试验结果相比,分布规律具有一致性,最大残余应力相差10.2 %。获得的结果将为激光冲击强化过程的控制,和进一步的实验研究提供理论依据。     

中厚板多道焊接温度场和残余应力场的三维数值分析

运用有限元分析软件ANSYS,对两块6mm厚316L不锈钢平板对接焊的三维瞬态温度场和应力场进行了数值分析.考虑了材料物理性能随温度的变化和周边热对流和热辐射的影响,采用移动的表面高斯分布热源来模拟焊接过程中的热量输入,利用“生死单元”技术模拟焊缝金属的填充、熔化和凝固过程.模拟结果表明,焊件热影响区狭窄,温度场呈移动的纺锤形分布.在垂直于焊缝方向的路径上,残余应力呈典型的W形分布,焊缝区纵向残余应力为拉应力,最大值达到材料的屈服应力,残余应力分布与中厚板焊接理论吻合良好.     

喷丸强化AZ91 D镁合金残余应力场的数值模拟及实验研究

目的研究喷丸工艺对AZ91D镁合金表面残余应力场的影响。方法基于有限元平台建立喷丸强化AZ91D镁合金的有限元模型,从残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值及其深度等方面探讨弹丸速度、弹丸直径和弹丸入射角对AZ91D镁合金表面残余应力场的影响,并通过喷丸强化AZ91D镁合金的实验与有限元模拟结果进行对比。结果增大弹丸速度对残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值提高效果明显,但对残余压应力峰值的深度影响不大;增加弹丸直径,残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值及其深度均有明显提高;增大入射角,残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值有明显提高,但是残余压应力峰值的深度基本不变。有限元模拟结果中,残余压应力层的厚度比实验值小7%,残余压应力的峰值比实验值大5%,残余压应力峰值的深度比实验值小11%。结论残余应力的实验结果与有限元模拟结果具有较好的一致性,模型合理。     

7050高强铝合金孔板的挤压强化与拉伸试验研究

针对航空用7050高强铝合金的孔板件拉伸性能进行试验研究与模拟分析,并对不同过盈量 (0%～11.11%) 的孔挤压强化效果进行了对比分析。研究表明:孔板的表观强度、延伸率和弹性模量均降低,但塑性失稳点应变却有很大程度的提高;孔挤压强化提高了孔壁处材料的屈服强度,改善了孔表面的受力状态,使得应力峰值得到钝化,并扩大了孔壁沿厚度方向的平面应变范围,因此拉伸断口随孔挤压量的变化呈规律性的变化;孔挤压强化后残余拉、压应力峰值随挤压量的增加而增加,且其峰值出现的部位随挤压量的增加而向远离于孔壁的深处转移。     

薄板激光冲击强化残余应力场的数值模拟与试验

激光冲击强化会在材料表面形成深度达到1 mm的残余压应力,而对于厚度小于1 mm的薄板,由于冲击时应力波的反射和叠加,其残余应力场的分布肯定不同于厚板。文章采用4种冲击方式(单面冲击、底面约束情况下的单面冲击、双面非同时冲击以及双面同时对冲)对2024铝合金薄板(厚度为1 mm)进行激光冲击强化,并应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对其进行数值模拟,系统分析经过4种不同的冲击方式,得到薄板的变形以及残余应力的分布情况。结果表明,双面同时对冲方式能够使薄板两面都产生很大的残余压应力,而且不会出现弯曲变形,是理想的冲击方式。     

不同入射角弹丸强化残余应力场的数值模拟

目的通过建立有限元模型模拟研究弹丸入射角度对残余应力场和强化效果的影响。方法采用ABAQUS软件建立了单粒弹丸强化靶体的三维对称模型,对单个弹丸喷丸强化进行了数值模拟,模拟了50、75、100 m/s三种不同速度下,弹丸垂直入射作用在靶体上所产生的残余压应力场,以及30°、60°和90°三种不同入射角度下靶体上产生的残余应力场。结果不同速度下弹丸垂直入射作用在靶体上所产生的残余压应力场的模拟结果显示,随着弹丸速度的增加,靶材次表层的最大残余压应力以及压应力层深度增加。不同入射角度下靶体上产生的残余应力场深度和大小变化不相同,入射角为90°(垂直入射)时,所产生的残余压应力最大,入射角为60°时次之,入射角为30°时最小。结论模拟结果与实验结果的残余压应力最大值和曲线的变化趋势基本一致,吻合程度较高,说明所建的有限元模型可靠。在相同速度下,随着入射角度不断变大,所产生的最大残余压应力也不断增加,在垂直入射时达到最大值。     

2B25-T351压印强化残余应力场的有限元模拟与实验

运用有限元软件ABAQUS建立压印强化残余应力场的三维有限元模型,模拟计算压印强化过程中2B25-T351铝合金构件的三维残余应力场分布,模拟结果表明,压印痕底部残余应力沿厚度方向呈梯度分布,与表面距离越远,压应力水平越小。孔周围的残余应力分布比较集中,压印痕端头附近,孔边为相对均匀的残余压应力,其他位置为自平衡的残余拉应力;使用X射线衍射应力分析技术测量实际试样的残余应力,结果表明,实验测量值与有限元模拟值吻合较好;对压印强化前后试样进行疲劳性能试验,结果表明,压印强化在试件表面引入残余压应力,可降低裂纹萌生的几率及裂纹扩展的速率,压印强化后材料的疲劳寿命提高了近1.5倍。     

孔挤压强化对23Co14Ni12Cr3MoE钢疲劳性能的影响

采用孔挤压强化工艺使23Co14Ni12Cr3MoE高强度钢表面层产生残余压应力,用X射线应力分析仪测定了孔挤压强化残余应力场,对比了带孔试样机械加工与挤压强化状态下的疲劳S-N曲线,用SEM观察分析了疲劳断口特征.结果表明,23Co14Ni12Cr3MoE高强度钢经孔挤压强化后,1×106循环周次下的条件疲劳极限提高了26%;孔挤压试样的裂纹特征为1/2椭圆状的表面裂纹,而机械加工试样的裂纹特征是1/4椭圆状的角裂纹.