空化水喷丸工艺诱导弹塑性变形行为研究

发布时间：2017-11-25 17:21

  本文关键词：空化水喷丸工艺诱导弹塑性变形行为研究

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【摘要】：空化水喷丸工艺是一项材料表面强化新技术,该技术不同于传统的机械喷丸及现有的其他喷丸工艺,其强化原理是合理利用淹没环境下喷嘴喷出的含有大量微小空泡的高压高速射流,并调整材料与喷嘴的距离,使空泡在材料壁面或附近溃灭产生向材料内部传播的压力冲击波,在材料表层诱导形成一定深度的残余压应力层,最终达到强化的目的。虽然国内外对空化水喷丸工艺诱导弹塑性变形进行了基础研究,但是研究成果乏善可陈。为了对空化水喷丸工艺诱导弹塑性变形行为进行更全面深入的研究,文中对不同参数下空化水喷丸诱导残余应力场和塑性变形进行了数值模拟和实验研究。本文从空化水喷丸工艺涉及到的相关理论知识出发,简要介绍了空化现象、空泡动力学以及空化破坏机理;探讨分析了在空泡溃灭冲击波压力作用下材料的动态响应以及空化水喷丸工艺诱导残余应力和塑性变形的机理,分析了影响残余应力分布及塑性变形的不同参数。利用GAMBIT软件,建立了附壁面球形空泡二维计算模型,并在FLUENT流体计算软件中对附壁面球形空泡溃灭过程中涉及到的形状变化、压力场以及微射流速度场进行了模拟求解并对结果进行了分析。运用ANSYS/LS-DYNA软件对空化水喷丸在金属试片中诱导形成的残余应力场和变形进行数值模拟,并对模型建立过程中几个关键问题的处理进行了探讨(压力加载、材料本构模型、网格划分、边界设置以及求解设置);主要研究分析了材料类型、试片厚度、加载波形和冲击波压力对残余压应力场和塑性变形的影响,获得了不同参数下试片表层残余压应力场和塑形变形的变化规律。在数值模拟的基础上,利用空化水喷丸设备对N型标准阿尔门试片进行了实验研究,采用X射线应力测试仪和阿尔门弧高度测量仪分别对喷丸后的残余应力场和弧高度进行测定,将实验测得的数据与模拟结果对比可知,两者具有较好的一致性,这表明利用有限元数值模拟的方法可以实现对空化水喷丸诱导残余压应力场和试片塑性变形的预测。以上研究成果对空化水喷丸技术的工程应用及工艺参数选择优化有一定的参考价值。
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG668

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本文编号：1226798