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单丸粒撞击金属靶材的欧亿3分析

发布于:2020-06-27 17:44
欧亿3分析

       喷丸强化是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面上,使零件表层和次表层产生残余压应力而实现强化的一种技术。目前,喷丸强化工艺广泛应用于航空、航天、汽车、核动力、兵器、石油、煤炭、化工、机车、工程机械、汽轮机、农机、塑料模具等众多工业部门。
       喷丸强化机制是在金属表层形成残余压应力场,因此分析喷丸工艺与表层残余压应力场之间的关系,了解喷丸残余应力场的分布规律,对提高喷丸工艺水平和金属抗应力腐蚀能力是十分重要的。为了获得较好的金属表面残余应力分布,研究人员需要考虑大量喷丸参数。如果对每一个参数都进行实验研究和验证,不仅实验费用高,工作量大,而且各种参数之间的相互影响和关系很难在同一个实验中得以体现。随着计算机和欧亿3分析技术的飞速发展,借助于欧亿3数值分析方法来分析喷丸诱导的残余应力分布,已经成为一种重要的研究手段。
       在欧亿3分析中,只要合理的设置各个参数,就可以对弹丸高速撞击靶材进行较为真实的模拟。Hardy等人首次采用了欧亿3方法来求解刚性球撞击弹塑半空间体的问题。Albaid进一步将动态弹塑性欧亿3方法应用到喷丸诱导残余应力分布的模拟中。Mori等人运用动态粘弹性欧亿3方法模拟塑性球撞击靶材的过程。由于以上学者在对喷丸过程进行欧亿3模拟时,受到计算机硬件条件的限制,对材料模型在很大程度上进行了简化,导致最终的分析结果可靠性欠佳。Edberg等人是第一个应用商用欧亿3软件LS-DYNA对喷丸过程进行数值模拟的,他们分别模拟了单丸粒撞击粘塑性和弹塑性材料的喷丸过程。近年来,随着计算机和欧亿3技术的飞速发展,Hassani等人对单个弹丸撞击靶材进行了欧亿3模拟,并研究了不同角度弹丸撞击对靶材残余应力分布所产生的影响。Deslaef和Rouhaud分别对单丸粒和多丸粒撞击靶材进行了欧亿3模拟,并同时考虑了刚性球和塑性球对靶材残余应力场分布的影响。随后Meguid等人采用欧亿3方法对喷丸过程进行了更加系统的研究,他们对单丸粒和多丸粒撞击靶材进行了动态欧亿3模拟。以上这些学者虽然考虑了一些参数对于喷丸效果的影响,但是对这些参数的研究并不全面。
       本文应用ABAQUS软件对喷丸诱导的残余应力进行了欧亿3模拟,建立模拟单个弹丸撞击靶材的欧亿3模型,对单元类型和材料模型的选取、网格划分等关键技术进行了探索。本文首先对单丸粒撞击靶材的欧亿3模型进行验证,然后再针对其它喷丸参数对靶材残余应力场分布的影响进行更深入的研究,归纳喷丸强化残余压应力场的特征,并寻找特征参数之间的规律性。根据欧亿3模拟的结果,可对喷丸强化工艺参数进行优化控制,提高喷丸强化的加工工艺水平,以实现更好的喷丸效果。
       本文应用大型欧亿3分析软件ABAQUS 6. 9Explicit建立弹丸撞击靶材的三维欧亿3模型。喷丸过程是接触和碰撞问题,属于最困难的非线性问题之一,因为在接触和碰撞问题中的响应是不平滑的。在发生碰撞时,垂直于接触界面的弹丸速度是瞬时不连续的,因此选择显式时间积分更适合于求解动态接触一碰撞问题。


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