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弹簧材料喷丸残余应力场试验(一)

★更新时间:2020-06-20 08:50☆来源:浙江通宝 ☆作者:信息发布员 ☆已浏览:
  

    引文摘要:针对弹簧材料,采用弹丸和靶材的弹塑性碰撞模型,模拟计算了不同喷丸参数对喷丸残余应力场的影响。结果表明,靶材表层的整体残余应力水平及其分布规律与X射线应力测试结果大致吻合。

 一、 前言

    在众多的机械零件中,弹簧材料的抗拉强度和屈强比几乎名列前矛,服役条件也十分苛刻,其质量和优劣直接影响着整机的性能。表面喷丸强化处理,是弹簧制造过程中的关键工序,可以有效提高弹簧的疲劳断裂抗力等。

    随着计算机技术的发展,有限元分析软件经过不断扩充与改进,可以求解诸如金属成形以及高速碰撞等三维非线性力学问题。然而,目前有关喷丸强化模似计算方面的工作非常有限,主要是在处理弹丸与靶材的弹塑性碰撞问题时存在某些困难。

    本文将针对弹簧材料,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,尝试采用弹丸和靶材的弹塑性碰撞模型,模拟计算不同覆盖率、弹丸速度及弹丸尺寸等参数对喷丸残余应力场的影响。

二、材料及试验方法

    模拟碰撞体系包括弹簧钢靶材和高硬度钢丸,使用双线性各项同性硬化材料模型,靶材和弹丸的主要力学参料列于表中

 

屈服强度

Mpa

弹性模量

Gpa

加工硬化

Gpa

泊松比

密度

g/cm3

靶材 1500 210 10 0.3 7.8
弹丸 2000 210 20 0.3 7.8

    喷丸有限元计算模型,其对称面即XOZ面,采用ANSYS/LS-DYNA分析软件。为了模拟无限大三维实体,在模型的侧面和底面均施加非反射边界条件,可以防止应力波在边界处发生反射,以免影响到喷丸区域的计算结果。靶材上方有4层弹丸,显示动力分析单元,靶材模型尺寸12RX6RX10MM,R弹丸半径0.6-1mm,碰撞区域网格单元尺寸为0.1mm,单元数量约110000个。

   四层弹丸叠加方式,利用该方法可以实现在靶材表面平均覆盖,即通过增加弹丸层数来实现100%的覆盖率。考虑到弹丸和靶材碰撞的实际情况,靶材上方4层弹丸被视为弹塑性体。分析过程中,弹丸内所有节点的自由度都耦合到其质量中心上,可以缩短显式分析计算时间。

下期文章将讨论实验测试的结果与总结。

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