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】：噴丸強化是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的提高零件疲勞強度的表面強化工藝。該工藝機(jī)理復(fù)雜,影響因素眾多,其殘余應(yīng)力的實驗測量常使用X射線衍射法或盲孔法等,均涉及工件表面材料去除,使得實驗研究成本高、效率低、操作復(fù)雜且不直觀。而數(shù)值仿真可為噴丸強化過程提供一種經(jīng)濟(jì)、高效的研究之路。傳統(tǒng)基于有限元法的仿真研究僅限于模擬單丸和少數(shù)丸粒的噴丸過程,且有限元法在處理切屑分離及大變形問題上具有局限性。因此,本文擬采用光滑粒子流體動力學(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,研究銳邊彈丸對工件表面形貌的影響以及包含大量彈丸的噴丸強化過程,以期得到更加符合實際的仿真結(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,彈丸的翻轉(zhuǎn)作用對工件表面形貌所產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明,當(dāng)前傾角較大時,彈丸趨于向前翻轉(zhuǎn),對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,彈丸則趨于向后翻轉(zhuǎn),對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。同時定量研究了不同入射條件對彈坑深度、切屑堆積高度的影響。通過與相關(guān)實驗及理論數(shù)據(jù)的比較,驗證了仿真模型及結(jié)果的正確性。 其次通過建立單丸和多丸粒的噴丸強化有限元模型,研究了多種因素對噴丸殘余應(yīng)力層的分布及表面形貌的影響。采用正交試驗法,考察了噴丸速度、丸粒大小及搭接率對殘余應(yīng)力層深度的影響。根據(jù)仿真結(jié)果開展極差分析確定三因素的最佳參數(shù)組合；通過方差分析研究三因素對噴丸殘余應(yīng)力層的顯著性影響。其研究結(jié)果將對噴丸強化工藝參數(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化過程。其中工件使用FEM法建模,混合彈丸流使用SPH法建模,二者通過特定的接觸算法實現(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)及覆蓋率等因索對噴丸表而殘余壓應(yīng)力場的影響。
【關(guān)鍵詞】：噴丸強化 殘余壓應(yīng)力 表面形貌 轉(zhuǎn)動效應(yīng) SPH耦合FEM
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：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 噴丸強化概述13-16
• 1.2.1 噴丸強化的基本原理13-14
• 1.2.2 噴丸設(shè)備及噴丸分類14-15
• 1.2.3 噴丸強化的影響因素15-16
• 1.3 噴丸強化的研究進(jìn)展16-20
• 1.3.1 噴丸強化的解析模型及實驗研究16-17
• 1.3.2 噴丸強化的數(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軟件簡介30-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第3章 銳邊彈丸撞擊對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)動現(xiàn)象分析38-40
• 3.3.2 彈丸初始狀態(tài)對工件表面影響40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 噴丸強化的有限元仿真研究43-59
• 4.1 噴丸強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)對噴丸強化效果的影響46-48
• 4.2.3 搭接率對噴丸強化效果的影響48-49
• 4.2.4 多丸粒分布對殘余應(yīng)力及表面形貌的影響49-52
• 4.3 噴丸強化工藝參數(shù)優(yōu)化52-58
• 4.3.1 正交試驗概述52
• 4.3.2 試驗方案設(shè)計52-54
• 4.3.3 試驗結(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 粒子速度對殘余應(yīng)力的影響65
• 5.2.2 噴丸時間對殘余應(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)位論文評閱及答辯情況表82

【參考文獻(xiàn)】

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  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。

本文編號：336204