各向異性材料噴丸殘余應力的數(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材料殘余應力分布及組織結構的變化。在此基礎上，本文進一步利用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件建立了與實驗相對應的噴丸過程模型，對建立的均質(zhì)模型通過建立局部坐標系進行加載，調(diào)節(jié)噴丸工藝中不同參數(shù)并分析其對DD3殘余應力場的影響，對不同參數(shù)下殘余應力的分布進行分析，進而探討了單晶性質(zhì)對于噴丸殘余應力的影響。
　　對鎳基單晶高溫合金DD3進行噴丸處理，結果表明：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力的各項參數(shù)。DD3合金具有明顯的單晶特性，表面殘余應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力相異。
　　單晶初始取向?qū)娡鑿娀疍D3組織結構與表面殘余應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、織構特征。覆蓋率為80％和200%下不同取向的噴丸試樣的織構呈現(xiàn)多樣化趨勢，當覆蓋率達到400%時，不同取向試樣的織構分布趨于相同。
　　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，設定局部坐標系進行加載，得到了與實驗結果相符的DD3殘余應力隨層深分布曲線及不同取向的表面殘余應力分布曲線。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力和壓應力層深有直接影響，在一定范圍內(nèi)，提高覆蓋率將會導致最大殘余應力和層深的增大。彈丸材質(zhì)的影響主要與彈丸密度有關，高密度的彈丸撞擊下的受噴材料具有更深的殘余壓應力層和更大的殘余壓應力。采用彈丸直徑較小的丸料進行噴丸時，受噴材料的殘余壓應力較高，但層深較淺。彈丸速度則影響到噴丸殘余應力場的深度，速度高的噴丸具備更大的動能，因此獲得的殘余壓應力場更深。
　　對DD3噴丸

5、模型的有限元模擬結果還表明，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)會影響到壓應力的大小，但壓應力極小值出現(xiàn)的角度不變?？梢酝茢啵瑔尉∠驎绊懙綒堄鄳Φ姆植?，但極小的殘余應力必然只出現(xiàn)在位