【摘要】：金屬材料的主要失效形式為應(yīng)力疲勞和表面腐蝕,超聲沖擊是以超聲振動(dòng)作為動(dòng)力源,驅(qū)動(dòng)撞針沖擊金屬材料表面以消除有害拉應(yīng)力,引入較高壓應(yīng)力,相比傳統(tǒng)噴丸工藝,能夠顯著提高金屬表面疲勞極限與耐腐蝕能力,而且設(shè)備小巧,具有使用靈活、節(jié)能高效和易于控制等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工業(yè)場合。但現(xiàn)有超聲沖擊設(shè)備采用單一撞針或多撞針陣列進(jìn)行加工,為達(dá)到高覆蓋率,耗費(fèi)時(shí)間較長。AZ31B變形鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一,具有比強(qiáng)度、比剛度高和切削性優(yōu)良等特點(diǎn),可滿足多樣化工程結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用需求。但其氧化膜疏松多孔、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,容易發(fā)生腐蝕問題,因而限制其在大多數(shù)腐蝕性環(huán)境中應(yīng)用。本文通過附加旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和伺服系統(tǒng),數(shù)字化控制超聲沖擊工藝,并對AZ31B鎂合金強(qiáng)化處理,實(shí)現(xiàn)高覆蓋率超聲沖擊加工,以提高鎂合金表面的表面疲勞極限和耐腐蝕性能。主要工作如下:(1)根據(jù)塑性動(dòng)力學(xué)、彈塑性力學(xué)和接觸力學(xué),分析單撞針沖擊板材的過程,求解單撞針沖擊凹坑處的應(yīng)力分布以及凹坑參數(shù),所得理論值與仿真結(jié)果相接近。利用MATLAB軟件設(shè)計(jì)沖擊覆蓋率函數(shù),所得理論值與仿真結(jié)果誤差在10%以內(nèi)。理論沖擊力與沖擊距離為1mm時(shí)的實(shí)測數(shù)值和仿真結(jié)果三者相接近。(2)基于波動(dòng)方程和傳統(tǒng)復(fù)合變幅桿設(shè)計(jì)理論,設(shè)計(jì)了較大放大系數(shù)、較好形狀因數(shù)的圓錐過渡階梯形復(fù)合變幅桿;借助ANSYS平臺(tái)對變幅桿進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析,優(yōu)化結(jié)果:變幅桿的放大系數(shù)較原來增大70%。通過阻抗分析和激光測振分析,結(jié)果表明:優(yōu)化后的變幅桿機(jī)械振動(dòng)性能較好,諧振頻率與輸出振幅相較仿真結(jié)果,誤差范圍在3%以內(nèi),符合超聲沖擊試驗(yàn)要求。(3)設(shè)計(jì)并制造旋轉(zhuǎn)輔助超聲沖擊試驗(yàn)裝置,通過測力儀測量單撞針超聲沖擊在不同沖擊距離時(shí)的沖擊力,結(jié)果發(fā)現(xiàn):沖擊距離越小,沖擊力越大。對AZ31B鎂合金進(jìn)行旋轉(zhuǎn)輔助超聲沖擊試驗(yàn),通過表面硬度測試、表面殘余應(yīng)力測試以及電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)對鎂合金強(qiáng)化效果進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著工件移動(dòng)速度和陣列旋轉(zhuǎn)速度的減小,表面壓應(yīng)力值和表面硬度增大,表面耐蝕性稍有增強(qiáng)。表面最大應(yīng)力值為-76.01 MPa,表面硬度相對于基體,最大提高了約25.1%。(4)通過ABAQUS/Explicit動(dòng)力學(xué)模塊對不同沖擊模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。通過單撞針沖擊模型,分析不同直徑撞針單次和多次沖擊鎂板所引入的殘余應(yīng)力分布情況和沖擊凹坑參數(shù)的變化情況;對單撞針設(shè)置不同的水平速度以模擬不同旋轉(zhuǎn)速度下的沖擊效果。通過多撞針進(jìn)行旋轉(zhuǎn)輔助沖擊鎂合金仿真分析,并通過殘余應(yīng)力和沖擊覆蓋率對仿真強(qiáng)化效果進(jìn)行評價(jià)。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.22;TG663

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙波;殷森;王曉博;趙重陽;;超聲縱-扭復(fù)合空心變幅桿的振動(dòng)特性分析[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);年期

2 張寧寧;;中心有孔圓錐形變幅桿聲學(xué)特性研究[J];渭南師范學(xué)院學(xué)報(bào);2017年04期

3 唐軍;趙波;;帶有錐形孔的復(fù)合變幅桿設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)分析[J];應(yīng)用聲學(xué);2017年03期

4 張寧寧;;大尺寸復(fù)合變幅桿的設(shè)計(jì)及振動(dòng)特性[J];紡織高�；A(chǔ)科學(xué)學(xué)報(bào);2017年03期

5 張寧寧;;指數(shù)型復(fù)合變幅桿的設(shè)計(jì)及負(fù)載特性研究[J];機(jī)械制造;2014年10期

6 任翠紅;丁艷紅;甘露華;;粗細(xì)段等長階梯形變幅桿諧振頻率研究[J];中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào);2015年01期

7 尚彥芝;蔡曉君;劉湘晨;高鉅;;單一變幅桿的設(shè)計(jì)分析[J];新技術(shù)新工藝;2011年03期

8 佘銀柱;呂明;王時(shí)英;;1/2波長復(fù)合變幅桿的數(shù)值設(shè)計(jì)[J];太原理工大學(xué)學(xué)報(bào);2011年06期

9 鄧麗娜;李曉謙;吳昊;張平;;鋁合金超聲波鑄造用變幅桿的設(shè)計(jì)與研究[J];熱加工工藝;2010年17期

10 王敏慧,鮑善惠,江長青;粗細(xì)端不等長階梯形變幅桿諧振頻率的實(shí)驗(yàn)研究[J];陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 胡志海;劉傳紹;;超聲去應(yīng)力變幅桿設(shè)計(jì)及修正[A];2007年中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)之第12屆全國特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

2 胡志海;劉傳紹;;超聲去應(yīng)力變幅桿設(shè)計(jì)及修正[A];2007年中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2007年

3 王維鴿;賀西平;;不同形狀的空心變幅桿的對比研究[A];2014年中國聲學(xué)學(xué)會(huì)全國聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2014年

4 秦磊;曹輝;葉發(fā)根;;大尺寸階梯變幅桿的頻率修正[A];2009年西安-上海聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

5 賈楊;沈建中;;階梯形變幅桿的頻率特性分析[A];中國聲學(xué)學(xué)會(huì)功率超聲分會(huì)2005年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

6 崔曉娟;賀西平;蒙永紅;衛(wèi)相潤;;指數(shù)-圓柱復(fù)合變幅桿參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì)[A];特種加工技術(shù)智能化與精密化——第17屆全國特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（摘要）[C];2017年

7 蒙永紅;賀西平;崔曉娟;衛(wèi)相潤;;階梯型變幅桿彎曲振動(dòng)頻率的研究[A];特種加工技術(shù)智能化與精密化——第17屆全國特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（摘要）[C];2017年

8 高健;張鵬利;林書玉;;大尺寸拋物線型變幅桿的研究[A];2009年度全國物理聲學(xué)會(huì)議論文集[C];2009年

9 馮冬菊;趙福令;徐占國;郭東明;;超聲波加工工具對復(fù)合變幅桿諧振性能的影響[A];第十屆全國特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

10 鳳飛龍;沈建中;鄧京軍;;用二維等效電路模型研究大截面圓柱變幅桿的振動(dòng)[A];中國聲學(xué)學(xué)會(huì)功率超聲分會(huì)2005年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 馮冬菊;超聲波銑削加工原理及相關(guān)技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2006年

2 鄭建新;陶瓷型面的數(shù)控展成蠕動(dòng)進(jìn)給超聲磨削技術(shù)的基礎(chǔ)研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

3 張海島;單或多端輸出的縱振動(dòng)方向變換體振動(dòng)特性的理論及實(shí)驗(yàn)研究[D];陜西師范大學(xué);2016年

4 湯雨龍;牙種植體扭轉(zhuǎn)振動(dòng)共振頻率分析法及其影響因素的實(shí)驗(yàn)研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2013年

5 鄭書友;旋轉(zhuǎn)超聲加工機(jī)床的研制及實(shí)驗(yàn)研究[D];華僑大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張靜松;旋轉(zhuǎn)輔助超聲沖擊強(qiáng)化AZ31B鎂合金試驗(yàn)研究[D];太原理工大學(xué);2018年

2 趙雙雙;面向蜂窩復(fù)合材料加工的超聲波變幅桿設(shè)計(jì)[D];杭州電子科技大學(xué);2015年

3 吳凡;用于創(chuàng)口清洗的超聲波變幅桿優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究[D];重慶大學(xué);2016年

4 趙明;超聲拋光機(jī)理研究及其變幅桿設(shè)計(jì)[D];蘇州大學(xué);2012年

5 張可昕;基于有限元的超聲復(fù)合變幅桿的動(dòng)力學(xué)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];北方工業(yè)大學(xué);2012年

6 陳匯資;非傳統(tǒng)超聲變幅桿設(shè)計(jì)與試驗(yàn)分析[D];河南理工大學(xué);2016年

7 梅景放;超聲波懸浮用非常規(guī)變幅桿的研究[D];大連理工大學(xué);2013年

8 李井;基于冪函數(shù)形與指數(shù)—圓錐形變幅桿進(jìn)行超聲噴丸的研究[D];太原理工大學(xué);2016年

9 陳冬;超聲近場懸浮用變幅桿的優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2015年

10 劉瑋;圓錐過渡階梯形變幅桿設(shè)計(jì)及超聲粉碎實(shí)驗(yàn)研究[D];太原理工大學(xué);2016年

，

本文編號：2595573