噴丸對疲勞壽命影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、構(gòu)件在循環(huán)載荷的作用下往往會由于局部損傷引發(fā)裂紋，在一定條件下裂紋不斷擴(kuò)展最終造成構(gòu)件完全失效。工程實(shí)際中絕大多數(shù)構(gòu)件的失效歸因于疲勞斷裂，而疲勞失效中80％以上的裂紋從構(gòu)件表面萌生。針對疲勞失效問題，工程中通常采用有效的工藝方法改善構(gòu)件表面性能，抑制疲勞裂紋的萌生及擴(kuò)展，提高構(gòu)件的疲勞壽命及可靠性。噴丸強(qiáng)化是國內(nèi)外最常用的表面強(qiáng)化技術(shù)之一，其通過彈丸的沖擊作用使工件表面發(fā)生塑性變形，改變構(gòu)件的表面形貌及表層應(yīng)力分布，影響構(gòu)件的疲勞壽命

2、。目前關(guān)于噴丸強(qiáng)化對疲勞壽命影響的研究主要集中于殘余應(yīng)力場的正面作用，而對噴丸后表面形貌負(fù)面影響的研究較少。本文采用ABAQUS軟件建立噴丸數(shù)值仿真模型，一方面研究噴丸表面形貌對疲勞裂紋萌生壽命的影響;另一方面分析噴丸殘余應(yīng)力場對疲勞裂紋閉合效應(yīng)的影響規(guī)律及其對疲勞裂紋擴(kuò)展壽命的影響程度。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)首先采用ABAQUS/Explicit軟件建立多丸粒噴丸強(qiáng)化有限元模型，并通過對比殘余應(yīng)力數(shù)值結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了

3、模型的有效性;然后利用正交試驗(yàn)法分析不同噴丸工藝參數(shù)對表面粗糙度的影響程度，在此基礎(chǔ)上研究其對應(yīng)力集中系數(shù)及疲勞裂紋萌生壽命的影響。
　　(2)噴丸提高疲勞壽命的關(guān)鍵原因是殘余應(yīng)力增強(qiáng)裂紋的閉合效應(yīng)?；诹鸭y閉合理論提出預(yù)測殘余應(yīng)力場中疲勞壽命的分析方法。首先建立與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件相一致的有限元模型，并通過用戶子程序SIGINI引入初始噴丸殘余應(yīng)力場，然后通過分析裂紋面接觸狀態(tài)求得裂紋擴(kuò)展過程中的張開力，進(jìn)而求出裂紋閉合系數(shù)及疲勞裂紋

4、擴(kuò)展速率，預(yù)測疲勞擴(kuò)展壽命。隨后基于該模型分析殘余應(yīng)力、應(yīng)力比及裂尖單元尺寸對裂紋閉合效應(yīng)的影響規(guī)律及影響程度，深化對噴丸殘余應(yīng)力抗疲勞機(jī)理的理解。
　　(3)上述基于裂紋張開力的數(shù)值求解預(yù)測疲勞壽命的方法中，其裂紋需沿Ⅰ型預(yù)定義路徑擴(kuò)展且對裂尖單元大小有嚴(yán)格要求。為避免上述不足，采用擴(kuò)展有限元(XFEM)與虛擬裂紋閉合技術(shù)(VCCT)相結(jié)合，形成預(yù)測低周疲勞壽命新方法。該法利用虛擬裂紋閉合技術(shù)計(jì)算裂尖能量釋放率，通過直接循環(huán)法結(jié)