喷丸强化仿真分析与试验研究

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本论文利用有限元数值计算方法(FEM),建立了喷丸有限元模型,模拟了实际喷丸过程。主要研究了不同喷丸工艺参数对喷丸强化效果的影响,这些参数包括:弹丸直径、喷丸速度、喷射角度和覆盖率等,受喷材料模拟的是制造标准阿尔门试片的SAE1070弹簧钢。通过分析有限元仿真结果,得到了应力随层深变化曲线,最大残余压应力数值以及压应力层深度等,并且与试验相结合,试验结果验证了仿真分析的合理性与正确性。利用ANSYS通用有限元软件,建立了单个弹丸和多个弹丸的喷丸强化模型,通过修改弹丸直径、喷丸速度和喷丸角度等参数,模拟研究了不同喷丸工艺参数对喷丸强化效果的影响。通过对有限元仿真结果的分析发现:当喷丸速度、喷丸角度一定时,只改变弹丸直径,表面残余压应力和最大残余压应力的变化不明显,但是最大压应力深度和残余压应力深度变化比较显著,说明弹丸直径对压应力的深度影响较大。同时,通过对零件内部残余压应力分布的分析可以得出,在其他条件不变时,存在一个最佳弹丸直径,它既能满足既定的喷丸强化要求,也能满足喷丸后零件表面粗糙度的要求。如果其他条件不变只改变喷丸速度或者喷射角度,发现不论表面残余压应力还是最大残余压应力数值都增大,但是最大残余压应力和残余压应力的深度变化则不明显,同时保持其他条件不变,只改变喷丸速度或者喷射角度,残余压应力的数值也不是随着它们的增大而增大,而是呈现波动性,存在一个最佳的喷丸速度或者喷丸角度,它既能满足既定的喷丸要求,也能满足喷丸后对零件表面粗糙度的要求。最后研究了喷丸覆盖率对残余压应力的影响,发现双弹丸模型撞击零件后零件内部的残余应力分布与单弹丸模型撞击后零件内部残余应力分布十分相似,而且残余应力随深度的变化曲线基本呈现重合的状态,说明覆盖率对残余应力的影响并不是很大。
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