各向異性材料噴丸殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬.pdf

1、本文的主要研究內(nèi)容是經(jīng)不同噴丸工藝處理后的鎳基單晶高溫合金DD3材料殘余應(yīng)力分布及組織結(jié)構(gòu)的變化。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步利用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件建立了與實驗相對應(yīng)的噴丸過程模型，對建立的均質(zhì)模型通過建立局部坐標(biāo)系進(jìn)行加載，調(diào)節(jié)噴丸工藝中不同參數(shù)并分析其對DD3殘余應(yīng)力場的影響，對不同參數(shù)下殘余應(yīng)力的分布進(jìn)行分析，進(jìn)而探討了單晶性質(zhì)對于噴丸殘余應(yīng)力的影響。
　　對鎳基單晶高溫合金DD3進(jìn)行噴丸處理，結(jié)果表明：經(jīng)過噴丸

2、處理的DD3試樣，隨著層深的加大，殘余壓應(yīng)力逐漸增加，表明一定范圍內(nèi)噴丸強度的提高將有助于提高殘余應(yīng)力的各項參數(shù)。DD3合金具有明顯的單晶特性，表面殘余應(yīng)力沿不同取向呈各向異性分布。不同噴丸覆蓋率下，不同取向的樣品表面殘余應(yīng)力相異。
　　單晶初始取向?qū)娡鑿娀疍D3組織結(jié)構(gòu)與表面殘余應(yīng)力分布的影響比較顯著。噴丸處理促使鎳基單晶多晶化，噴丸層晶塊碎化，隨著表面覆蓋率的提高，ODF最大取向密度和取向線強度逐漸降低，樣品噴丸層呈現(xiàn)不同的

3、織構(gòu)特征。覆蓋率為80％和200%下不同取向的噴丸試樣的織構(gòu)呈現(xiàn)多樣化趨勢，當(dāng)覆蓋率達(dá)到400%時，不同取向試樣的織構(gòu)分布趨于相同。
　　利用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件根據(jù)受控噴丸實驗的實際過程建立了均質(zhì)噴丸模型，設(shè)定局部坐標(biāo)系進(jìn)行加載，得到了與實驗結(jié)果相符的DD3殘余應(yīng)力隨層深分布曲線及不同取向的表面殘余應(yīng)力分布曲線。通過有限元分析調(diào)節(jié)不同噴丸參數(shù)，可知影響噴丸強度的4個主要參數(shù)噴丸覆蓋率、噴丸速度、彈丸種類及大小對噴

4、丸殘余應(yīng)力場有著不同的作用。噴丸覆蓋率對受噴材料的最大殘余壓應(yīng)力和壓應(yīng)力層深有直接影響，在一定范圍內(nèi)，提高覆蓋率將會導(dǎo)致最大殘余應(yīng)力和層深的增大。彈丸材質(zhì)的影響主要與彈丸密度有關(guān)，高密度的彈丸撞擊下的受噴材料具有更深的殘余壓應(yīng)力層和更大的殘余壓應(yīng)力。采用彈丸直徑較小的丸料進(jìn)行噴丸時，受噴材料的殘余壓應(yīng)力較高，但層深較淺。彈丸速度則影響到噴丸殘余應(yīng)力場的深度，速度高的噴丸具備更大的動能，因此獲得的殘余壓應(yīng)力場更深。
　　對DD3噴丸

5、模型的有限元模擬結(jié)果還表明，由于受噴材料DD3屬于正交各向異性材料，三個異性的晶向相互垂直，故研究其中一個取向的分布，可以推斷出另外兩個取向的規(guī)律。模擬試驗中選取了(001)面作為分析對象，可以看到，隨著測試角的增大，受噴DD3試樣表面的殘余壓應(yīng)力出現(xiàn)了先減弱再增強的趨勢，通過對4種噴丸工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)發(fā)現(xiàn)，改變參數(shù)會影響到壓應(yīng)力的大小，但壓應(yīng)力極小值出現(xiàn)的角度不變?？梢酝茢?，單晶取向會影響到殘余應(yīng)力的分布，但極小的殘余應(yīng)力必然只出現(xiàn)在位