微粒子喷丸残余应力场和表面粗糙度的数值仿真研究

发布时间：2023-03-24 03:40

　　微粒子喷丸是一种区别于传统喷丸的表面强化工艺,通过采用直径更小的微粒子以更快速度冲击靶材,在引入残余压应力的同时降低了受喷零部件的表面粗糙度,提高了金属零部件的硬度、耐疲劳强度和耐磨性能。残余压应力场和表面粗糙度是微粒子和靶材相互作用的力学反映,受材料力学性能参数和喷丸工艺参数的综合影响,通常用于测量喷丸强度的弧高度试片法并不能反映靶材对喷射的反应,而弹痕直径的影响因素刚好和残余应力场、表面粗糙度一致。本文采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,模拟了TC4钛合金的微粒子喷丸强化过程,研究了各喷丸工艺参数与残余压应力场、表面粗糙度的关系,并采用因次分析法推导了弹痕直径、残余压应力场深度、表面粗糙度和微粒子直径、冲击速度、微粒子和靶材材料性能参数之间的关系式。首先建立了单丸粒的有限元模型,设定微粒子直径分别为40、60、80、100、120μm;冲击速度分别为150、160、170、180、190、200m/s;摩擦系数分别为0.15、0.25、0.35、0.45;冲击次数分别为1、2、3、4、5次;冲击角度分别为30°、45°、60°、75°、90°;搭接率分别为0、1/4、2/4、...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 微粒子喷丸和传统喷丸的对比概述
    1.3 微粒子喷丸和传统喷丸的研究进展
        1.3.1 传统喷丸技术
        1.3.2 微粒子喷丸技术
    1.4 本文研究的主要内容
2 有限元和因次分析方法
    2.1 有限元方法
    2.2 因次分析方法
    2.3 ANSYS/LS-DYNA的简介
    2.4 本章小结
3 残余应力场的仿真分析
    3.1 残余应力场的概述
    3.2 有限元模型的建立
        3.2.1 几何参数
        3.2.2 网格划分
        3.2.3 边界条件
        3.2.4 材料模型
    3.3 残余应力场的有限元仿真分析
        3.3.1 微粒子直径对残余应力场的影响
        3.3.2 微粒子速度对残余应力场的影响
        3.3.3 摩擦系数对残余应力场的影响
        3.3.4 冲击次数对残余应力场的影响
        3.3.5 冲击角度对残余应力场的影响
        3.3.6 搭接率对残余应力场的影响
    3.4 本章小结
4 表面粗糙度的仿真分析
    4.1 表面粗糙度的概述
    4.2 表面粗糙度的数值模拟
    4.3 表面粗糙度的有限元仿真分析
        4.3.1 微粒子直径对表面粗糙度的影响
        4.3.2 微粒子速度对表面粗糙度的影响
        4.3.3 摩擦系数对表面粗糙度的影响
        4.3.4 冲击次数对表面粗糙度的影响
        4.3.5 冲击角度对表面粗糙度的影响
        4.3.6 搭接率对表面粗糙度的影响
    4.4 本章小结
5 残余应力场和表面粗糙度的因次分析
    5.1 弹痕直径的概述
    5.2 因次分析
    5.3 未知量求解
    5.4 仿真实验验证
    5.5 本章小结
6 课题总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集



本文编号：3769368