基于光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(SPH)法的噴丸強(qiáng)化數(shù)值模擬研究.pdf

1、噴丸強(qiáng)化是一種提高工件疲勞壽命的表面強(qiáng)化工藝。通過(guò)彈丸高速撞擊金屬表面,在表面形成均勻的殘余壓應(yīng)力層,抵消工件表面承受的破壞性拉應(yīng)力,減緩裂紋的擴(kuò)展速度,延長(zhǎng)零件疲勞壽命。然而噴丸表面強(qiáng)化過(guò)程機(jī)理復(fù)雜,各工藝參數(shù)選擇和搭配對(duì)噴丸效果的影響很大,且難以用精確的數(shù)學(xué)模型描述。目前國(guó)內(nèi)外的研究大多集中于實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域,數(shù)值模擬多采用有限元法(Finite ElementMethod,簡(jiǎn)稱FEM)模擬單個(gè)彈丸或者幾個(gè)彈丸對(duì)工件的沖擊作用,不能反映實(shí)際

2、噴丸時(shí)大量彈丸重復(fù)打擊工件和彈丸間相互作用的影響。
　　 為克服有限元法在噴丸強(qiáng)化仿真模擬中的缺陷,本文首次采用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(Smoothed Particle Hydrodynamics,簡(jiǎn)稱SPH)耦合有限元法(FEM)模擬噴丸強(qiáng)化過(guò)程,并對(duì)此方法做了系統(tǒng)的研究,通過(guò)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,驗(yàn)證了仿真模型及結(jié)果的正確性,為噴丸強(qiáng)化的仿真研究和工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的工具。
　　 SPH算法是無(wú)網(wǎng)格算

3、法的一種,因其自身公式構(gòu)造不會(huì)受粒子分布的隨意性的影響,具有良好的自適應(yīng)性,又因?yàn)槠涞湫偷腖agrange性,方便追蹤其粒子運(yùn)動(dòng)軌跡,使得SPH粒子更具靈活性?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于具有大變形的流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。SPH耦合FEM建模,其中金屬工件采用Lagrange網(wǎng)格建模;彈丸采用SPH粒子建模,通過(guò)狀態(tài)方程考慮了空氣和彈丸的混合作用,提出了彈丸流空氣混合材料模型。SPH和FEM的耦合作用通過(guò)接觸算法實(shí)現(xiàn),以模擬彈丸對(duì)工件的沖擊強(qiáng)化過(guò)程。通過(guò)仿

4、真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,分別分析了彈丸大小、彈丸打擊次數(shù)、覆蓋率、彈丸速度等參數(shù)對(duì)金屬工件殘余壓應(yīng)力分布的影響,并從能量角度,討論了初始速度與能量利用率的關(guān)系。揭示了噴丸強(qiáng)化各工藝參數(shù)對(duì)噴丸效果的影響,并總結(jié)規(guī)律取得了一系列的研究成果。
　　 為進(jìn)一步研究噴丸強(qiáng)化機(jī)理,本文還從微觀針對(duì)單個(gè)彈丸打擊狀況進(jìn)行了建模仿真。通過(guò)對(duì)打擊次數(shù)、彈丸大小、打擊速度等相關(guān)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)與仿真對(duì)比,再一次驗(yàn)證了耦合建模所得參數(shù)影響規(guī)律的正確性,并對(duì)所