鈦合金濕噴丸強(qiáng)化過程的計(jì)算機(jī)模擬與分析.pdf

1、鈦合金具有良好的綜合力學(xué)性能，因而在航空航天領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但是其抗疲勞性能和耐磨性能較差，影響航空構(gòu)件的使用壽命與服役安全。噴丸強(qiáng)化是一種提高鈦合金疲勞壽命的常用手段，其中，濕噴丸強(qiáng)化技術(shù)由于無污染、表面質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)而極具應(yīng)用前景。本文利用有限元數(shù)值模擬方法，對(duì)TC4鈦合金的濕噴丸強(qiáng)化過程進(jìn)行分析，研究了不同工藝參數(shù)的影響規(guī)律，并通過與實(shí)驗(yàn)對(duì)比的方法，對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　本文利用ABAQUS軟件中耦合的歐拉-拉格朗日(C

2、EL)方法建立濕噴丸強(qiáng)化模型，并利用體積分?jǐn)?shù)工具對(duì)歐拉域內(nèi)的材料進(jìn)行離散。有限元分析結(jié)果表明，濕噴丸速度在80m/s～120m/s時(shí)，最大殘余壓應(yīng)力出現(xiàn)在距離板材上表面36μm處;板材表面的最大高度差會(huì)隨噴丸速度增加而增加，在一定范圍內(nèi)增加濕噴丸速度時(shí)，最大殘余壓應(yīng)力會(huì)隨之增加;當(dāng)濕噴丸速度達(dá)到120m/s時(shí)，最大殘余壓應(yīng)力增加的幅度較小。陶瓷彈丸尺寸對(duì)強(qiáng)化效果影響顯著，最大殘余壓應(yīng)力及其所處深度、壓應(yīng)力層厚度、表面的最大高度差均隨彈丸

3、尺寸的增加而增加，但是表面壓應(yīng)力卻隨之減小;當(dāng)彈丸半徑為0.35mm時(shí)，板材表面的彈坑中心出現(xiàn)拉應(yīng)力。當(dāng)其他工藝參數(shù)一定時(shí)，磨液比對(duì)濕噴丸的影響并不顯著。磨液比由10％增加至20％時(shí)，最大殘余壓應(yīng)力和粗糙度有少許增加，繼續(xù)增加到30％時(shí)，則無明顯變化。覆蓋率在200％以內(nèi)時(shí)，隨覆蓋率增加，板材表面的粗糙度增加，壓應(yīng)力層厚度在80μm～100μm左右的范圍小幅增加。覆蓋率在100％以內(nèi)時(shí)，隨覆蓋率增加，最大殘余壓應(yīng)力及其所處深度增加，覆蓋

4、率達(dá)到200％時(shí)，則無明顯變化。
　　由不同噴丸強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與不同噴丸速度的模擬結(jié)果對(duì)比可知，隨著濕噴丸強(qiáng)度或者速度的增加，最大殘余壓應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力層的厚度略有增加。表面粗糙度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與表面高度差的模擬結(jié)果均分別隨著噴丸強(qiáng)度或噴丸速度的增加而明顯增加。不同覆蓋率下的實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果吻合較好:隨著覆蓋率的增加，板材中殘余壓應(yīng)力層厚度略增加，當(dāng)覆蓋率大于100％后，繼續(xù)增加覆蓋率對(duì)最大殘余壓應(yīng)力大小沒有明顯影響。覆蓋率在400％內(nèi)