噴丸殘余應力場及三維次表面裂紋應力強度因子求解.pdf

1、噴丸強化工藝作為表面處理的主要手段之一,能顯著改善材料的疲勞性能,已經(jīng)廣泛地應用于航空航天等領域。噴丸強化的主要機制在于引入了表面殘余應力場,其對疲勞源萌生位置及疲勞裂紋擴展速率都有著重要影響。因此,定量得到噴丸后的殘余應力場以及噴丸后裂紋應力強度因子和疲勞壽命,對噴丸工藝的控制以及應用都有著顯著意義。
　　本文首先針對多種材料體系,評估了經(jīng)驗方程、解析模型以及所提出的單彈丸與多彈丸沖擊結(jié)合的有限元模型等五種方法對噴丸殘余應力場四

2、個特征參量的預測能力。與已有文獻中的實驗數(shù)據(jù)比較,結(jié)果表明:Yao的經(jīng)驗方程適用于40Cr鋼和其他與40Cr鋼性能相近或相似的鋼材料;Wang的經(jīng)驗方程可適用于多種金屬材料;解析方法更適用于預測強度和硬化能力適中的材料。單彈丸模型計算彈痕直徑和多彈丸模型計算殘余應力場的有限元模型可有效預測多種材料體系和覆蓋率的噴丸殘余應力場。同時,工程中確定了噴丸條件和靶材性能后,對噴丸殘余應力場的預測往往需要這五種方案中的幾種結(jié)合。
　　為了研

3、究裂紋萌生于次表面時,殘余應力場對次表面裂紋應力強度因子的影響,本文基于三維權(quán)函數(shù)理論,將次表面裂紋體處理為三維內(nèi)埋橢圓裂紋,并將其分解為基本片為共線中心裂紋和彈簧片為偏心裂紋的兩組片條,得到了次表面裂紋的三維權(quán)函數(shù)。
　　在已知噴丸引入的殘余應力場基礎上,利用三維次表面內(nèi)埋橢圓裂紋的權(quán)函數(shù),得到了40Cr鋼在一定噴丸條件下,裂紋萌生于次表面時的三維橢圓裂紋的應力強度因子。與裂紋萌生于表面時的三維應力強度因子的解比較,在殘余應力場