6061鋁合金純水射流沖擊強化數(shù)值模擬及試驗研究.pdf

1、純水射流沖擊強化相比傳統(tǒng)噴丸強化具有可控性強的優(yōu)勢，可以精確控制射流速度、入射角度以及噴射位置，為強化齒根、軸肩等復(fù)雜狹窄的區(qū)域提供了可能。但是，純水射流具有高速湍動的瞬變特性，水力沖擊載荷與金屬耦合機理復(fù)雜，現(xiàn)有的試驗和理論還達不到對水錘壓力和靶材應(yīng)力進行準確的定性定量分析。因此，本文采用數(shù)值模擬和試驗研究相結(jié)合的方式，對純水射流沖擊強化機理和沖蝕機理進行了深入研究，主要研究內(nèi)容為：
　　(1)對射入大氣中的純水射流結(jié)構(gòu)進行了分

2、析，指出純水射流分為緊密段、核心段、破裂段和水滴段。并運用流體力學(xué)和彈塑性力學(xué)等理論知識，推導(dǎo)了噴嘴出口處射流速度和射流沖擊時的水錘壓力及滯止壓力的計算公式。
　　(2)基于純水射流的瞬態(tài)沖擊特性，運用Abaqus軟件，采用CEL(拉格朗日-歐拉親合）技術(shù)和Johnson-Cook材料本構(gòu)模型，建立了6061銷合金純水射流沖擊強化三維有限元模型。模擬了不同條件下的水錘壓力和滯止壓力，并與理論結(jié)果進行了對比，驗證了模擬的準確性?；?/p>

3、塑性應(yīng)變和靶材應(yīng)力波分析，指出了純水射流沖擊強化時，靶材殘余壓應(yīng)力的產(chǎn)生是水錘壓力作用的結(jié)果，與滯止壓力無關(guān)。又模擬并分析了不同強化工藝參數(shù)（射流速度、射流直徑、沖擊時間、入射角度和沖擊次數(shù)）對靶材殘余應(yīng)力場的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)提高射流速度、增大射流直徑以及增加沖擊次數(shù)均能提高殘余壓應(yīng)力強化效果。
　　(3)純水射流沖蝕試驗研究了6061鋁合金的沖蝕機理，分析了射流速度、沖擊次數(shù)、射流移動速度、射流入射角度對靶材表面沖蝕的影響，同時為

4、沖擊強化試驗選擇了合適的參數(shù)系，確保純水射流沖擊強化時靶材表面沒有沖蝕或沖蝕較輕。基于沖蝕實驗試驗確定的參數(shù)，進行了6061鋁合金純水射流沖擊強化試驗，并采用X-射線殘余應(yīng)力分析儀、白光干涉儀和顯微硬度計對強化后的靶材表面進行檢測，分析殘余壓應(yīng)力、表面粗糙度和表面硬度隨不同純水射流工藝參數(shù)的變化規(guī)律。試驗發(fā)現(xiàn)，隨射流速度和沖擊次數(shù)增加，殘余壓應(yīng)力場大小和深度隨之增大，但射流移動速度對殘余壓應(yīng)力場基本無影響；隨射流速度和沖擊次數(shù)增大，粗糙