超声表面滚压对管线钢裂纹尖端应力场的影响
【图文】：
28焊接学报第38卷1．2四点弯和超声滚压加工耦合模型为了更精确的描述硬质合金球作用下工件表面的裂纹尖端残余应力场和J积分变化情况，通过设定不同工作头的位移载荷，分别建立了应力腐蚀试验四点弯曲模型及超声表面滚压加工和四点弯耦合的单点冲击面－面接触模型，其中三维静态I型裂纹的模拟采用ABAQUS预置crack的方法．四点弯模型尺寸满足ASTMG39中应力腐蚀试验弯梁试样标准，如图1所示．图1四点弯试样Fig.1Sizeoffourpointbendingspecimen四点弯夹具的挠度值按照施加应力为屈服强度的90%进行计算，通过式(6)或式(7)求得挠度值y为3．009mm．σ=12Ety/(3H2－4A2)(6)y=σ(3H2－4A2)12Et(7)式中:σ为最大张应力为610×90%MPa;E为弹性模量为253GPa;t为试样厚度为2mm;H为外支点间的距离为110mm;A为内外支点间的距离为27．5mm;y为外支点间的最大挠度．模型中工作头和四个支柱的强度远高于试件，可视为刚体，其单元类型均为四节点三维双线性刚性四面体Ｒ3D4，其中合金球直径5mm，支柱直径4mm．试样的几何尺寸为116mm×16mm×2mm的长方体，单元类型为8节点减缩积分实体C3D8Ｒ．三维I型裂纹位于试样中部，几何尺寸为16mm×1mm的平面矩形，扩展方向垂直于试样表面．为避免裂纹尖端产生奇异性，将裂纹尖端的单元类型选为6节点四面体C3D6，而试样其他位置的单元类型选为C3D8Ｒ，其中四点弯和超声滚压耦合模型共有13165个单元和16073个节点．图2为四点弯和超图2有限元模型网格划分示意图Fig.2FEMmeshgeneration声滚压耦合模型的模型网格划分示意图．1．3边界条件与载荷四点弯模型:定义上部支柱为完全约束(U1=U2=U3=UＲ1=UＲ2=UＲ3=0)，下部支柱施加y方向3．009mm的位移载荷?
5mm;y为外支点间的最大挠度．模型中工作头和四个支柱的强度远高于试件，可视为刚体，其单元类型均为四节点三维双线性刚性四面体Ｒ3D4，其中合金球直径5mm，支柱直径4mm．试样的几何尺寸为116mm×16mm×2mm的长方体，单元类型为8节点减缩积分实体C3D8Ｒ．三维I型裂纹位于试样中部，几何尺寸为16mm×1mm的平面矩形，扩展方向垂直于试样表面．为避免裂纹尖端产生奇异性，将裂纹尖端的单元类型选为6节点四面体C3D6，而试样其他位置的单元类型选为C3D8Ｒ，其中四点弯和超声滚压耦合模型共有13165个单元和16073个节点．图2为四点弯和超图2有限元模型网格划分示意图Fig.2FEMmeshgeneration声滚压耦合模型的模型网格划分示意图．1．3边界条件与载荷四点弯模型:定义上部支柱为完全约束(U1=U2=U3=UＲ1=UＲ2=UＲ3=0)，下部支柱施加y方向3．009mm的位移载荷．四点弯和超声滚压耦合模型:在上述模型的基础上增加了超声滚压工作头和试样上表面之间的面面接触．单点冲击过程中试件的底面选择完全约束．由于USＲP处理前后试样厚度方向变化量的测量值约为0．12mm，设定工作头的位移载荷为－0．12mm．单点冲击完成后，去除试样底面的完全约束，而设定上部支柱为完全约束，并对下部支柱施加y方向3．009mm的位移载荷．两个模型的分析步类型均为StaticGeneral，即模型的运算过程均采用ABAQUS/Standard进行静力分析．2模拟结果与讨论分析2．1裂纹张开位移图3为四点弯试样裂纹张开形貌．对比可知，含裂纹缺陷试样经USＲP处理后，试样表层的裂纹发生闭合，且内部裂纹张开角度和位移明显小于未进行USＲP处理的试样．图3裂纹张开形貌Fig.3ShapeofcrackUSＲP处理和非USＲP处理四点弯试样的裂纹张开位移所得结果如
【作者单位】： 中国石油大学(华东)机电工程学院;
【基金】：国家自然基金资助项目(51105383) 泰山学者建设工程资助项目(2015) 中国石油大学(华东)科研创新团队建设计划资助项目(15CX08006A)
【分类号】：TG663;TG306
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，本文编号：2537105
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