引文摘要：針對彈簧材料，采用彈丸和靶材的彈塑性碰撞模型，模擬計算了不同噴丸參數(shù)對噴丸殘余應力場的影響。結(jié)果表明，靶材表層的整體殘余應力水平及其分布規(guī)律與X射線應力測試結(jié)果大致吻合。
一、 前言
在眾多的機械零件中，彈簧材料的抗拉強度和屈強比幾乎名列前矛，服役條件也十分苛刻，其質(zhì)量和優(yōu)劣直接影響著整機的性能。表面噴丸強化處理，是彈簧制造過程中的關鍵工序，可以有效提高彈簧的疲勞斷裂抗力等。
隨著計算機技術的發(fā)展，有限元分析軟件經(jīng)過不斷擴充與改進，可以求解諸如金屬成形以及高速碰撞等三維非線性力學問題。然而，目前有關噴丸強化模似計算方面的工作非常有限，主要是在處理彈丸與靶材的彈塑性碰撞問題時存在某些困難。
本文將針對彈簧材料，利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件，嘗試采用彈丸和靶材的彈塑性碰撞模型，模擬計算不同覆蓋率、彈丸速度及彈丸尺寸等參數(shù)對噴丸殘余應力場的影響。
二、材料及試驗方法
模擬碰撞體系包括彈簧鋼靶材和高硬度鋼丸，使用雙線性各項同性硬化材料模型，靶材和彈丸的主要力學參料列于表中
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屈服強度 Mpa |
彈性模量 Gpa |
加工硬化 Gpa |
泊松比 |
密度 g/cm³ |
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|---|---|---|---|---|---|
| 靶材 | 1500 | 210 | 10 | 0.3 | 7.8 |
| 彈丸 | 2000 | 210 | 20 | 0.3 | 7.8 |
噴丸有限元計算模型，其對稱面即XOZ面，采用ANSYS/LS-DYNA分析軟件。為了模擬無限大三維實體，在模型的側(cè)面和底面均施加非反射邊界條件，可以防止應力波在邊界處發(fā)生反射，以免影響到噴丸區(qū)域的計算結(jié)果。靶材上方有4層彈丸，顯示動力分析單元，靶材模型尺寸12RX6RX10MM,R彈丸半徑0.6-1mm,碰撞區(qū)域網(wǎng)格單元尺寸為0.1mm,單元數(shù)量約110000個。
四層彈丸疊加方式，利用該方法可以實現(xiàn)在靶材表面平均覆蓋，即通過增加彈丸層數(shù)來實現(xiàn)100%的覆蓋率�？紤]到彈丸和靶材碰撞的實際情況，靶材上方4層彈丸被視為彈塑性體。分析過程中，彈丸內(nèi)所有節(jié)點的自由度都耦合到其質(zhì)量中心上，可以縮短顯式分析計算時間。
下期文章將討論實驗測試的結(jié)果與總結(jié)。
