【摘 要】
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航空钛合金部件的失效形式大都为疲劳失效,疲劳性能往往与工件的表面质量有关。为了提高部件的疲劳寿命,通常对其进行表面强化。喷丸强化作为一种表面冷处理手段可以有效阻止裂纹的萌生从而改善金属部件的疲劳强度。本文以TC4钛合金作为研究对象,通过基于随机概率控制的多弹丸喷丸数值模型、DEM-FEM耦合喷丸数值模型和激光喷丸数字模型,研究靶体表面形貌和初始表面粗糙度对残余应力、晶粒尺寸和粗糙度的影响;尝试将神
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航空钛合金部件的失效形式大都为疲劳失效,疲劳性能往往与工件的表面质量有关。为了提高部件的疲劳寿命,通常对其进行表面强化。喷丸强化作为一种表面冷处理手段可以有效阻止裂纹的萌生从而改善金属部件的疲劳强度。本文以TC4钛合金作为研究对象,通过基于随机概率控制的多弹丸喷丸数值模型、DEM-FEM耦合喷丸数值模型和激光喷丸数字模型,研究靶体表面形貌和初始表面粗糙度对残余应力、晶粒尺寸和粗糙度的影响;尝试将神经网络引入喷丸强化并给予可行性参考。1)基于概率控制多弹丸喷丸有限元模型,通过概率控制喷丸强化过程中弹丸之间的相互作用,模拟喷丸角度为60°和90°的两种工况;在达到完全喷丸覆盖率的过程中,随着弹丸个数的增加,喷丸强化的残余压应力逐渐增大并趋于稳定,而受喷表面的粗糙度基本呈线性增大;在完全喷丸覆盖率下,相对于60°喷丸角度工况,90°喷丸角度的表面残余压应力较小,但最大残余压应力较大,同时表面粗糙度也较大。2)建立不同曲率半径下的凹、凸面喷丸强化有限元模型,发展DEM-FEM耦合模拟方法,结合位错密度演化模型,探究材料表面形貌对TC4钛合金喷丸强化效果的影响规律。结果表明:受喷表面的凹凸性及其曲率半径对喷丸强化TC4钛合金的残余压应力、晶粒细化和表面粗糙度具有显著的影响。3)基于高斯分布的自相关函数表征零部件的真实表面粗糙度,使用DEM-FEM耦合模拟,研究不同表面粗糙度下喷丸参数对残余应力的影响。喷丸可以降低TC4钛合金大粗糙度部件的表面粗糙度,随着喷丸覆盖率的增加,喷丸的残余应力也随之增加,垂直喷丸的最大残余应力较大。4)建立基于位错运动机制的本构模型与位错密度演化模型相结合的计算框架,并将其应用到ABAQUS/Explicit程序中,对TC4钛合金激光喷丸引起的残余应力和晶粒细化进行了数值模拟。随着激光重叠率的增加,残余压应力增加,晶粒尺寸减小。尝试使用神经网络,对TC4钛合金叶片进行残余应力和晶粒尺寸的预测,从而降低大型工件的数值计算成本。图[59]表[4]参[107]
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