噴丸對疲勞壽命影響的數值模擬研究.pdf

1、構件在循環(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展最終造成構件完全失效。工程實際中絕大多數構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件表面性能，抑制疲勞裂紋的萌生及擴展，提高構件的疲勞壽命及可靠性。噴丸強化是國內外最常用的表面強化技術之一，其通過彈丸的沖擊作用使工件表面發(fā)生塑性變形，改變構件的表面形貌及表層應力分布，影響構件的疲勞壽命

2、。目前關于噴丸強化對疲勞壽命影響的研究主要集中于殘余應力場的正面作用，而對噴丸后表面形貌負面影響的研究較少。本文采用ABAQUS軟件建立噴丸數值仿真模型，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力場對疲勞裂紋閉合效應的影響規(guī)律及其對疲勞裂紋擴展壽命的影響程度。主要研究內容如下:
　　(1)首先采用ABAQUS/Explicit軟件建立多丸粒噴丸強化有限元模型，并通過對比殘余應力數值結果和實驗結果驗證了

3、模型的有效性;然后利用正交試驗法分析不同噴丸工藝參數對表面粗糙度的影響程度，在此基礎上研究其對應力集中系數及疲勞裂紋萌生壽命的影響。
　　(2)噴丸提高疲勞壽命的關鍵原因是殘余應力增強裂紋的閉合效應?；诹鸭y閉合理論提出預測殘余應力場中疲勞壽命的分析方法。首先建立與文獻實驗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力場，然后通過分析裂紋面接觸狀態(tài)求得裂紋擴展過程中的張開力，進而求出裂紋閉合系數及疲勞裂紋

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