采用修正的J積分計(jì)算方法,考慮殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)變和殘余應(yīng)變能,定量計(jì)算和分析噴丸強(qiáng)化對(duì)半橢圓表面裂紋前沿J積分參數(shù)的影響規(guī)律。對(duì)噴丸強(qiáng)化工藝進(jìn)行有限元建模仿真,通過(guò)改變約束條件生成疲勞裂紋并施加遠(yuǎn)場(chǎng)載荷,計(jì)算J積分和裂紋擴(kuò)展速率�？紤]不同深度的半橢圓表面裂紋和不同丸粒速率對(duì)斷裂參量的影響。結(jié)果表明:丸粒速率一定時(shí),與未噴丸相比噴丸后J積分值的降幅隨裂紋深度的增加而減小,噴丸強(qiáng)化有益于抑制疲勞淺裂紋的擴(kuò)展。當(dāng)裂紋深度為0.3mm時(shí),裂紋最深點(diǎn)的J積分值由4.25N/mm降低到2.99N/mm,降幅約30.1%。裂紋深度一定時(shí),J積分值隨丸粒速率的增大而降低,提高丸粒速率對(duì)抑制裂紋擴(kuò)展更有益。 

【文章來(lái)源】：材料工程. 2019,47(01)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１噴丸有限元模型網(wǎng)格劃分（ａ）與裂紋面網(wǎng)格細(xì)化（ｂ）Ｆｉｇ．１ＦＥＭｍｏｄｅｌｏｆｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇ（ａ）ａｎｄｍｅｓｈｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｏｆｃｒａｃｋｆａｃｅ（ｂ）

，對(duì)相同的半橢圓表面裂紋和遠(yuǎn)場(chǎng)載荷，采用式（１）計(jì)算未經(jīng)噴丸強(qiáng)化處理的裂紋前沿Ｊ積分值。圖１噴丸有限元模型網(wǎng)格劃分（ａ）與裂紋面網(wǎng)格細(xì)化（ｂ）Ｆｉｇ．１ＦＥＭｍｏｄｅｌｏｆｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇ（ａ）ａｎｄｍｅｓｈｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔｏｆｃｒａｃｋｆａｃｅ（ｂ）３結(jié)果與分析３．１噴丸并引入裂紋后的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)變化以噴丸、卸載并引入０．５ｍｍ深裂紋的計(jì)算為例，得到裂紋面上的殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)變和殘余彈性應(yīng)變能密度等參量，如圖２所示。噴丸、卸載并引入裂紋后，距表面０．２５ｍｍ的范圍內(nèi)為垂直于裂紋面的殘余壓應(yīng)力σｚｚ，超過(guò)０．２５ｍｍ為殘余拉應(yīng)力，但在裂尖表現(xiàn)出較大的奇異性（圖２（ａ）），表層產(chǎn)生了約０．２ｍｍ深的塑性變形層，即加工硬化層（圖２（ｂ）），彈性應(yīng)變能密度影響層深約為０．２２ｍｍ（圖２（ｃ））。由式（３）可知，噴丸產(chǎn)生材料狀態(tài)（殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)變和殘余彈性應(yīng)變能）變化將影響裂紋前沿?cái)嗔褏?shù)。圖２噴丸并引入０．５ｍｍ深裂紋后裂紋面上各參量云圖（ａ）垂直于裂紋面的殘余應(yīng)力σｚｚ；（ｂ）等效塑性應(yīng)變；（ｃ）彈性應(yīng)變能密度Ｆｉｇ．２Ｃｏｎｔｏｕｒｍａｐｓｏｆｔｈｒｅｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｆｔｅｒｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇａｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ０．５ｍｍｄｅｅｐｃｒａｃｋ（ａ）ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓσｚｚｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｔｈｅｃｒａｃｋｓｕｒｆａｃｅ；（ｂ）ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｌａｓｔｉｃｓｔｒａ

材料工程２０１９年１月圖３裂紋最深點(diǎn)的等效塑性應(yīng)變Ｆｉｇ．３Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｌａｓｔｉｃｓｔｒａｉｎａｔｔｈｅｄｅｅｐｅｓｔｐｏｉｎｔｏｆｔｈｅｃｒａｃｋ不同深度（０．３，０．５，０．８，１．０ｍｍ）的裂紋，第５環(huán)與第７環(huán)的Ｊ積分最大值分別相差為２．３％，３．５％，３．５％，２．９％，表明由式（３）計(jì)算的Ｊ積分值的路徑相關(guān)性很小，這種誤差主要源于有限元數(shù)值計(jì)算的誤差。３．３噴丸強(qiáng)化對(duì)不同深度裂紋的作用３．３．１噴丸強(qiáng)化對(duì)Ｊ積分值的影響圖５是未噴丸和噴丸強(qiáng)化（丸粒初速度３０ｍ／ｓ）后不同深度的裂紋前沿Ｊ積分計(jì)算結(jié)果。裂紋較淺時(shí)，Ｊ積分最大值位于裂紋最深點(diǎn)處，噴丸件的Ｊ積分值分布曲線低于未噴丸件。裂紋深度為０．３ｍｍ時(shí)（圖５（ａ）），圖４噴丸強(qiáng)化后不同深度的Ｊ積分沿裂紋前沿的分布（ａ）ａ＝０．３ｍｍ；（ｂ）ａ＝０．５ｍｍ；（ｃ）ａ＝０．８ｍｍ；（ｄ）ａ＝１．０ｍｍＦｉｇ．４ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅＪ－ｉｎｔｅｇｒａｌａｌｏｎｇｔｈｅｃｒａｃｋｆｒｏｎｔｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｐｔｈｓａｆｔｅｒｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇ（ａ）ａ＝０．３ｍｍ；（ｂ）ａ＝０．５ｍｍ；（ｃ）ａ＝０．８ｍｍ；（ｄ）ａ＝１．０ｍｍ裂紋最深點(diǎn)的Ｊ積分值由４．２５Ｎ／ｍｍ降低到２．９９Ｎ／ｍｍ，降幅約３０．１％。裂紋深度為０．５ｍｍ時(shí)（圖５（ｂ）），降幅約９．１５％。裂紋深度為０．８ｍｍ時(shí)（圖５（ｃ）），裂紋最深點(diǎn)的Ｊ積分

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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