超声冲击对材料力学性能的影响及冲击过程的有限元模拟
[Abstract]:Although a large number of research results show that ultrasonic shock treatment has obvious effect on eliminating welding residual stress and improving fatigue properties of joints, but the effect of ultrasonic shock treatment on mechanical properties of materials is seldom studied. In this paper, the micromechanical properties of welded joints at different positions before and after ultrasonic impact treatment were tested by using micro-impact shear method, which is a common EQ56 steel with large thickness and high strength on offshore platform. The effect of ultrasonic impact on the mechanical properties of materials was studied. The test results show that due to the effect of acoustic softening introduced by ultrasonic wave, after ultrasonic impact treatment, the internal of welded joint softens to a certain extent, the tensile strength, yield strength and plasticity of the welded joint decrease and increase. In terms of the tensile strength of the material, the maximum reduction in the base metal area is 11, the heat affected zone is 9, and the weld area is 19 percent. The obvious reason for the softening effect of weld zone is that the impact time is too long. In addition, ultrasonic impact treatment will form a fine grain strengthening layer on the surface of the material. Compared with the joint surface material without ultrasonic impact treatment, the yield strength, tensile strength and plasticity of the layer are increased. The mechanical inhomogeneity of welded joint was improved and the difference of yield strength between weld and base metal was reduced from 30MPa before ultrasonic shock treatment to 15MPa after ultrasonic impact treatment. In addition, considering the complex process of ultrasonic shock treatment, the process parameters are many, and the practical testing is not easy to operate, this paper uses the ABAQUS commercial finite element software as the foundation, and uses Python language to carry on the secondary development to it. The finite element model which can truly reflect the ultrasonic impact process is established, and the accuracy of the model is verified by the actual stress test. On this basis, the influence of different process parameters on the results of ultrasonic shock stress was calculated and analyzed with 304L stainless steel plate without stress as an object. The results show that the initial velocity of punching needle has a significant effect on the impact effect. When the initial velocity of punching needle increases from 1m/s to 3m/s, the maximum residual compressive stress increases from 412MPa to 460 MPA. Moreover, the position of the maximum residual stress is increased from 1.74mm to 2.46mm on the surface of the workpiece. In addition, with the increase of impact time, the maximum value of residual compressive stress gradually increased from 433MPa to 449 MPA, but the increasing trend gradually slowed down. The change of impact effect is not obvious; However, the influence of friction coefficient between punching needle and workpiece on the impact effect is not obvious. The results of stress distribution calculated by using different friction coefficients are basically the same and have no great change.
【学位授予单位】:江苏科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG407;TB559
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,本文编号:2303233
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