本文關(guān)鍵詞：噴丸殘余應(yīng)力場(chǎng)及表面粗糙度數(shù)值模擬研究

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【摘要】：噴丸強(qiáng)化是一種表面強(qiáng)化工藝,能顯著提高工件疲勞壽命,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)。噴丸改善工件疲勞性能在于在表層形成殘余壓應(yīng)力,表面粗糙度變化,表層材料組織變化,其中表層的殘余壓應(yīng)力是目前公認(rèn)的主要強(qiáng)化因素。雖然表層材料組織變化也有利于提高工件疲勞壽命,但影響程度相對(duì)較弱。上述噴丸強(qiáng)化三要素按對(duì)影響抗疲勞性能的程度排序?yàn)椋簹堄鄩簯?yīng)力表面粗糙度變化表層材料組織變化。故在本文中主要研究殘余應(yīng)力和表面粗糙度。在傳統(tǒng)的有限元模型中彈丸的數(shù)量較少且為規(guī)則陣列排布,屬于微觀模型。在本文中利用SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)耦合FEM (Finite Element Method)的方法建立新型宏觀隨機(jī)模型,使仿真更加符合實(shí)際噴丸過程。且以往仿真研究分別考慮單個(gè)參數(shù)獨(dú)立對(duì)殘余應(yīng)力的影響效果,對(duì)表面粗糙度的研究很少。首先利用LS-DYNA并結(jié)合正交試驗(yàn)法建立多丸粒有限元微觀模型,并與實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證了模型的正確性；運(yùn)用綜合評(píng)分法對(duì)噴丸后的工件表面殘余壓應(yīng)力層深度、表面殘余壓應(yīng)力、最大殘余壓應(yīng)力深度、最大殘余壓應(yīng)力值四個(gè)目標(biāo)值進(jìn)行綜合評(píng)判。通過對(duì)綜合目標(biāo)值的極差分析,確定彈丸直徑、沖擊角度、沖擊速度、搭接率、同一位置的沖擊次數(shù)、彈丸與工件的摩擦系數(shù)、彈丸材質(zhì)7個(gè)噴丸工藝參數(shù)對(duì)綜合目標(biāo)值的影響程度,通過綜合評(píng)判分析得出最優(yōu)的噴丸工藝參數(shù)組合方案。其次建立SPH耦合FEM的噴丸宏觀模型,對(duì)噴丸過程進(jìn)行數(shù)值模擬；使用MATLAB對(duì)彈丸空間位置坐標(biāo)進(jìn)行隨機(jī)化處理,形成了大量丸粒沖擊工件表面的隨機(jī)噴丸仿真模型。通過分析確定了噴丸飽和時(shí)間,研究了沖擊角度、質(zhì)量流速對(duì)殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響。結(jié)果表明：彈丸速度越大,達(dá)到飽和所需的時(shí)間越短；沖擊角度增大,殘余壓應(yīng)力增大；質(zhì)量流速增大,殘余壓應(yīng)力增大,但當(dāng)其達(dá)到飽和值后,殘余壓應(yīng)力不再變化。最后建立研究噴丸表面粗糙度的多丸粒有限元模型,通過單丸粒有限元模型驗(yàn)證研究所用多丸粒模型的正確性,研究了噴丸參數(shù)對(duì)工件表面粗糙度的影響。結(jié)果表明：經(jīng)噴丸后所得到的工件表面粗糙度隨著噴丸覆蓋率的增大而減小,當(dāng)?shù)竭_(dá)一定覆蓋率后,表面粗糙度值穩(wěn)定；彈丸沖擊速度、彈丸尺寸增大,工件表面粗糙度值增大。
【關(guān)鍵詞】：噴丸強(qiáng)化 殘余壓應(yīng)力 正交試驗(yàn) SPH耦合FEM 表面粗糙度
【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】：2015
【分類號(hào)】：TG668
【目錄】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 第1章 緒論15-23
• 1.1 課題研究背景及意義15-17
• 1.2 噴丸強(qiáng)化研究現(xiàn)狀17-21
• 1.2.1 解析模型17
• 1.2.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>17-19
• 1.2.3 仿真模型19-21
• 1.3 課題研究?jī)?nèi)容21-23
• 第2章 FEM和SPH方法23-33
• 2.1 FEM方法23-24
• 2.2 SPH方法24-27
• 2.2.1 SPH理論發(fā)展歷程24-25
• 2.2.2 SPH方法的核心問題25-27
• 2.3 SPH耦合FEM方法27-29
• 2.3.1 接觸算法27-28
• 2.3.2 SPH計(jì)算流程28-29
• 2.4 LS-DY-NA介紹29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-33
• 第3章 基于有限元法的噴丸仿真正交試驗(yàn)研究33-47
• 3.1 正交試驗(yàn)法33-36
• 3.2 有限元模型描述36-40
• 3.2.1 有限元模型的建立36-37
• 3.2.2 Johnson-cook模型本構(gòu)方程37-39
• 3.2.3 模型的驗(yàn)證39-40
• 3.3 噴丸數(shù)值模擬正交試驗(yàn)40-44
• 3.3.1 模擬試驗(yàn)?zāi)康?/span>40
• 3.3.2 模擬試驗(yàn)安排40-41
• 3.3.3 數(shù)據(jù)處理41-43
• 3.3.4 結(jié)果分析43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-47
• 第4章 基于SPH耦合FEM法的噴丸數(shù)值模擬47-57
• 4.1 SPH耦合FEM模型的建立47-51
• 4.1.1 工件模型的建立47-48
• 4.1.2 彈丸流模型的建立48-49
• 4.1.3 彈丸空間位置隨機(jī)分布49
• 4.1.4 模型建立及驗(yàn)證49-51
• 4.2 結(jié)果分析51-56
• 4.2.1 噴丸效果圖51-52
• 4.2.2 飽和時(shí)間的確定52-54
• 4.2.3 沖擊角度對(duì)殘余應(yīng)力的影響54-55
• 4.2.4 質(zhì)量流速對(duì)殘余應(yīng)力的影響55-56
• 4.3 本章小結(jié)56-57
• 第5章 基于有限元法的噴丸表面粗糙度仿真分析57-65
• 5.1 表面粗糙度概述57-58
• 5.2 有限元仿真分析58-64
• 5.2.1 模型建立58-60
• 5.2.2 覆蓋率的影響60-62
• 5.2.3 彈丸沖擊速度的影響62-63
• 5.2.4 彈丸尺寸的影響63-64
• 5.3 本章小結(jié)64-65
• 總結(jié)與展望65-69
• 總結(jié)65-66
• 展望66-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 致謝75-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文77-78
• 附件78

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本文編號(hào)：814475