本文關(guān)鍵詞：基于SPH法的噴丸殘余應(yīng)力及表面形貌數(shù)值仿真研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：噴丸強(qiáng)化是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的提高零件疲勞強(qiáng)度的表面強(qiáng)化工藝。該工藝機(jī)理復(fù)雜,影響因素眾多,其殘余應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)測(cè)量常使用X射線衍射法或盲孔法等,均涉及工件表面材料去除,使得實(shí)驗(yàn)研究成本高、效率低、操作復(fù)雜且不直觀。而數(shù)值仿真可為噴丸強(qiáng)化過(guò)程提供一種經(jīng)濟(jì)、高效的研究之路。傳統(tǒng)基于有限元法的仿真研究?jī)H限于模擬單丸和少數(shù)丸粒的噴丸過(guò)程,且有限元法在處理切屑分離及大變形問(wèn)題上具有局限性。因此,本文擬采用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(smoothed particle hydrodynamics, SPH)耦合有限元法(finite element method, FEM)的新型數(shù)值建模方法,研究銳邊彈丸對(duì)工件表面形貌的影響以及包含大量彈丸的噴丸強(qiáng)化過(guò)程,以期得到更加符合實(shí)際的仿真結(jié)果。 首先使用SPH法耦合FEM法建模,研究銳邊彈丸在不同入射角和前傾角下撞擊工件表面時(shí),彈丸的翻轉(zhuǎn)作用對(duì)工件表面形貌所產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明,當(dāng)前傾角較大時(shí),彈丸趨于向前翻轉(zhuǎn),對(duì)工件表面形成碾壓作用,并形成尖銳的彈坑,其切屑將堆積在彈坑前部邊緣不與工件分離；而當(dāng)前傾角較小時(shí),彈丸則趨于向后翻轉(zhuǎn),對(duì)工件表面形成鏟削作用,使切屑與工件分離,所形成的彈坑光滑而平緩。同時(shí)定量研究了不同入射條件對(duì)彈坑深度、切屑堆積高度的影響。通過(guò)與相關(guān)實(shí)驗(yàn)及理論數(shù)據(jù)的比較,驗(yàn)證了仿真模型及結(jié)果的正確性。 其次通過(guò)建立單丸和多丸粒的噴丸強(qiáng)化有限元模型,研究了多種因素對(duì)噴丸殘余應(yīng)力層的分布及表面形貌的影響。采用正交試驗(yàn)法,考察了噴丸速度、丸粒大小及搭接率對(duì)殘余應(yīng)力層深度的影響。根據(jù)仿真結(jié)果開(kāi)展極差分析確定三因素的最佳參數(shù)組合；通過(guò)方差分析研究三因素對(duì)噴丸殘余應(yīng)力層的顯著性影響。其研究結(jié)果將對(duì)噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)的合理選取起到一定的指導(dǎo)作用。 最后使用SPH法耦合FEM法研究了包含大量丸粒的宏觀噴丸強(qiáng)化過(guò)程。其中工件使用FEM法建模,混合彈丸流使用SPH法建模,二者通過(guò)特定的接觸算法實(shí)現(xiàn)耦合。文中探索了利用SPH法建立混合彈丸流模型的建模策略,采用半經(jīng)驗(yàn)的方法推導(dǎo)了彈丸流的狀態(tài)方程。研究了不同的噴丸速度、撞擊次數(shù)及覆蓋率等因索對(duì)噴丸表而殘余壓應(yīng)力場(chǎng)的影響。
【關(guān)鍵詞】：噴丸強(qiáng)化 殘余壓應(yīng)力 表面形貌 轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng) SPH耦合FEM
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TG668
【目錄】：

• 目錄5-7
• CONTENTS7-9
• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 緒論13-23
• 1.1 引言13
• 1.2 噴丸強(qiáng)化概述13-16
• 1.2.1 噴丸強(qiáng)化的基本原理13-14
• 1.2.2 噴丸設(shè)備及噴丸分類(lèi)14-15
• 1.2.3 噴丸強(qiáng)化的影響因素15-16
• 1.3 噴丸強(qiáng)化的研究進(jìn)展16-20
• 1.3.1 噴丸強(qiáng)化的解析模型及實(shí)驗(yàn)研究16-17
• 1.3.2 噴丸強(qiáng)化的數(shù)值模擬研究17-20
• 1.4 課題研究的意義20-21
• 1.5 課題研究的內(nèi)容21-22
• 1.6 本章小結(jié)22-23
• 第2章 SPH及FEM理論23-33
• 2.1 SPH理論基礎(chǔ)23-27
• 2.1.1 概述23-24
• 2.1.2 基本方程與基本概念24-26
• 2.1.3 邊界處理26-27
• 2.2 FEM理論基礎(chǔ)27-29
• 2.3 FEM耦合SPH29-30
• 2.4 LS-DYNA軟件簡(jiǎn)介30-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第3章 銳邊彈丸撞擊對(duì)靶材表面形貌影響的仿真分析33-43
• 3.1 銳邊彈丸撞擊工件的前期研究33-34
• 3.2 基于SPH耦合FEM的銳邊彈丸撞擊工件仿真模型34-38
• 3.2.1 物理模型34
• 3.2.2 彈丸轉(zhuǎn)動(dòng)特性分析34-35
• 3.2.3 仿真模型35-37
• 3.2.4 本構(gòu)方程37
• 3.2.5 失效準(zhǔn)則37-38
• 3.3 仿真結(jié)果分析38-42
• 3.3.1 彈丸轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象分析38-40
• 3.3.2 彈丸初始狀態(tài)對(duì)工件表面影響40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 噴丸強(qiáng)化的有限元仿真研究43-59
• 4.1 噴丸強(qiáng)化有限元模型的建立43-44
• 4.1.1 有限元模型43-44
• 4.1.2 模型驗(yàn)證44
• 4.2 仿真結(jié)果分析44-52
• 4.2.1 速度與殘余應(yīng)力分布的關(guān)系44-46
• 4.2.2 重復(fù)撞擊次數(shù)對(duì)噴丸強(qiáng)化效果的影響46-48
• 4.2.3 搭接率對(duì)噴丸強(qiáng)化效果的影響48-49
• 4.2.4 多丸粒分布對(duì)殘余應(yīng)力及表面形貌的影響49-52
• 4.3 噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)優(yōu)化52-58
• 4.3.1 正交試驗(yàn)概述52
• 4.3.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)52-54
• 4.3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析54-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第5章 SPH耦合FEM的噴丸數(shù)值仿真研究59-69
• 5.1 SPH耦合FEM數(shù)值仿真模型的建立59-64
• 5.1.1 彈丸流的建模策略59-61
• 5.1.2 兩類(lèi)SPH粒子均勻混合模型61-62
• 5.1.3 氣體狀態(tài)方程62-63
• 5.1.4 丸粒狀態(tài)方程63-64
• 5.1.5 SPH耦合FEM模型建立64
• 5.2 仿真結(jié)果分析64-67
• 5.2.1 粒子速度對(duì)殘余應(yīng)力的影響65
• 5.2.2 噴丸時(shí)間對(duì)殘余應(yīng)力的影響65-66
• 5.2.3 不同位置殘余應(yīng)力分布66-67
• 5.3 本章小結(jié)67-69
• 總結(jié)與展望69-73
• 總結(jié)69-70
• 展望70-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文79-81
• 致謝81-82
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：336204