本文關(guān)鍵詞：超聲滾壓表層特性的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超聲滾壓加工是一種新興的表面納米化加工技術(shù),能顯著強(qiáng)化金屬材料表面的綜合性能。本文先基于壓電傳感器原理先建立超聲滾壓加工動(dòng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并以AISI304不銹鋼為對(duì)象,分析了超聲滾壓加工過(guò)程中材料實(shí)際承受力的動(dòng)態(tài)信息,得到了按正弦函數(shù)變化的動(dòng)態(tài)沖擊力的幅值,結(jié)果表明,靜壓力和振幅的提高,動(dòng)態(tài)沖擊力幅值也增加,靜壓力相比于振幅,影響更為顯著。以此函數(shù)為加載方式,進(jìn)行了超聲滾壓?jiǎn)吸c(diǎn)的有限元分析,得到了加工工作頭的速度和位移的變化規(guī)律,據(jù)此通過(guò)特征線法求解工作頭沖擊AISI304不銹鋼表面的彈塑性球面波方程,得到了球面波傳播時(shí)任意微元介質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)速度。其次,建立超聲滾壓的單點(diǎn)沖擊模型,通過(guò)分析不同沖擊次數(shù)下的彈塑性形變量及能量轉(zhuǎn)換分布,根據(jù)能量不變性原理,定義求解了常用工藝參數(shù)下的效率及功率。通過(guò)仿真加工過(guò)程獲取了工藝參數(shù)與強(qiáng)化特征參量之間的關(guān)系,結(jié)果表明:經(jīng)超聲滾壓強(qiáng)化后,材料表層殘余應(yīng)力分布均勻,表現(xiàn)為壓應(yīng)力,其值在1080MPa左右。殘余壓應(yīng)力隨著深度的增加出現(xiàn)一個(gè)峰值,之后后遞減變?yōu)槔瓚?yīng)力,當(dāng)深度繼續(xù)向內(nèi)部延伸時(shí),拉應(yīng)力一定程度上緩慢遞減為0。殘余壓應(yīng)力的最大值、深度及范圍隨著靜壓力、振幅及加工次數(shù)的增加而增加,隨著車床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率的降低而增加。表面粗糙度與靜壓力、振幅呈現(xiàn)非線性關(guān)系,當(dāng)靜壓力和振幅提高時(shí),粗糙度先增加而后減少,而與主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速率表現(xiàn)出正相關(guān)性。可以通過(guò)最大等效塑性應(yīng)變來(lái)評(píng)價(jià)超聲滾壓加工產(chǎn)生的加工硬化效果。最后,靜壓力作為超聲滾壓最重要的工藝參數(shù)之一,設(shè)置為單一變量,并對(duì)AISI304不銹鋼進(jìn)行了超聲滾壓處理,綜合運(yùn)用了掃描電子顯微鏡、觸針式粗糙度儀、金相顯微鏡、顯微硬度儀和X射線衍射分析儀等研究了超聲滾壓工藝過(guò)程中不同靜壓力對(duì)試樣表面形貌、粗糙度、晶粒細(xì)化程度、隨表層深度變化的顯微硬度和殘余應(yīng)力分布規(guī)律。結(jié)果表明:靜壓力在300到800 N時(shí)能獲取較好表面質(zhì)量,超過(guò)800 N后會(huì)對(duì)表面產(chǎn)生損傷,出現(xiàn)細(xì)紋;通過(guò)XRD分析表明:靜壓力大晶粒細(xì)化程度就高,X衍射峰的寬化程度也變高;試樣表層硬化層深度和硬度隨靜壓力增大而增加,600 N時(shí)的硬化層比200 N時(shí)增加150μm,硬度增加35%;殘余應(yīng)力在表層表現(xiàn)為壓應(yīng)力,靜壓力增大時(shí),應(yīng)力值及深度也增加,當(dāng)靜壓力增大到600 N時(shí),最大殘余應(yīng)力由表層轉(zhuǎn)移至材料內(nèi)部
【關(guān)鍵詞】：超聲滾壓 數(shù)值模擬 力學(xué)性能 動(dòng)力響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG663
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 超聲滾壓加工的研究綜述11-19
• 1.2.1 超聲強(qiáng)化技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r11-12
• 1.2.2 超聲強(qiáng)化工藝和效果研究12-15
• 1.2.3 超聲強(qiáng)化數(shù)值模擬15-16
• 1.2.4 基于縱扭振動(dòng)的超聲滾壓運(yùn)動(dòng)學(xué)16-19
• 1.3 研究目的和研究?jī)?nèi)容19-21
• 1.3.1 研究目的19
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容19-21
• 第二章 超聲滾壓加工的動(dòng)力學(xué)研究21-36
• 2.1 引言21
• 2.2 超聲滾壓動(dòng)力檢測(cè)及其原理21-24
• 2.3 滾壓工作頭的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析24-30
• 2.3.1 顯示分析控制方程24-25
• 2.3.2 單點(diǎn)沖擊有限元模型25-27
• 2.3.3 工作頭的運(yùn)動(dòng)速度27-30
• 2.4 304不銹鋼的超聲滾壓動(dòng)力學(xué)響應(yīng)30-35
• 2.4.1 動(dòng)力學(xué)模型概述30-31
• 2.4.2 彈性應(yīng)力波31-34
• 2.4.3 塑性應(yīng)力波34-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第三章 超聲滾壓加工過(guò)程中的能量分布36-44
• 3.1 前言36
• 3.2 被處理件表層彈塑性歷程的演變36-38
• 3.3 加工過(guò)程中的能量分布38-42
• 3.4 超聲滾壓的加工效率42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第四章 超聲滾壓加工的數(shù)值模擬44-59
• 4.1 引言44
• 4.2 超聲滾壓有限元模型的確定44-47
• 4.2.1 超聲滾壓覆蓋率的確定45-47
• 4.3 表面粗糙度47-53
• 4.3.1 表面粗糙度的定義和表征47-48
• 4.3.2 表面輪廓的演變48-50
• 4.3.3 工藝參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響50-53
• 4.4 殘余應(yīng)力的分布53-57
• 4.4.1 數(shù)值模型的驗(yàn)證53-54
• 4.4.2 殘余應(yīng)力分布特點(diǎn)54-56
• 4.4.3 加工強(qiáng)度和密度對(duì)殘余應(yīng)力的影響56-57
• 4.5 表面加工硬化的估計(jì)57-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 第五章 靜壓力對(duì)超聲滾壓表層特性的試驗(yàn)研究59-69
• 5.0 引言59
• 5.1 試驗(yàn)材料和方法59-61
• 5.1.1 試驗(yàn)材料59
• 5.1.2 試驗(yàn)方法59-60
• 5.1.3 表征與分析60-61
• 5.2 結(jié)果與討論61-68
• 5.2.1 靜壓力對(duì)表面形貌和粗糙度的影響61-62
• 5.2.2 靜壓力對(duì)表層微觀組織的影響62-65
• 5.2.3 靜壓力對(duì)隨表層深度力學(xué)性能的影響65-67
• 5.2.4 靜壓力對(duì)超聲滾壓產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的影響67-68
• 5.3 本章小結(jié)68-69
• 第六章 全文總結(jié)與展望69-71
• 6.1 全文總結(jié)69-70
• 6.2 工作展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 致謝75-76
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果76-77

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  本文關(guān)鍵詞：超聲滾壓表層特性的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：357847