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超声喷丸技术的理论与实验研究

作　者: 闫林林
导　师: 鲁世红
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 超声喷丸机械振动冲击载荷残余压应力显微硬度数值模拟
分类号: TG668
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

超声喷丸技术是一种新型表面处理技术,其原理即是利用由超声波转化来的机械振动冲击载荷作用于金属材料表面,以实现强化或成形金属零件的目的。本文在理论研究的基础上,对超声喷丸技术进行了初步的探索。根据实验观察及测量的结果,探究了自制喷丸装置对受喷板料起到的强化及成形作用;基于超声喷丸物理过程,用ABAQUS/Explicit软件分别模拟了单撞针冲击、五撞针冲击板料残余应力分布情况。主要工作如下:1.研究了超声喷丸冲击载荷作用于金属板料表面的物理过程,分析了受喷板料表面凹坑深度、残余应力理论计算模型。2.用自制超声喷丸装置对Q235钢板试样进行超声喷丸实验,对受喷板料进行表面残余应力及显微硬度测量。对比原始未喷试样相应残余应力值及硬度值,发现超声喷丸对受喷试样起到了明显的强化作用;观察受喷试样成形曲率,简要分析了不同喷丸参数下试样成形效果的不同。3.对受喷试样进行电解逐层抛光,观察不同厚度层的测量结果,分析了残余应力及硬度在试样厚度方向上的分布;4.基于超声喷丸物理过程,建立了有限元模型,利用有限元分析软件ABAQUS/Explicit,对超声喷丸冲击Q235钢板的过程进行模拟,分析了Q235钢在受喷过程中残余应力的分布情况。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 新型喷丸技术简介  10-11
  1.2 超声喷丸技术国内外研究现状  11-13
  1.3 超声喷丸技术特点及应用前景  13-17
    1.3.1 超声喷丸技术特点  13-16
    1.3.2 超声喷丸技术应用前景  16-17
  1.4 本课题的研究背景与研究意义  17-19
    1.4.1 本课题的研究背景  17-19
    1.4.2 本课题的研究意义  19
  1.5 本文主要研究内容  19-20
第二章超声波及超声喷丸装置简介  20-25
  2.1 超声波特性及其应用  20-21
    2.1.1 超声波特性  20-21
    2.1.2 超声波技术的应用  21
  2.2 超声喷丸设备组成及工作原理  21-24
    2.2.1 超声喷丸装置的组成  21-23
    2.2.2 超声喷丸装置的工作原理  23-24
  2.3 本章小结  24-25
第三章超声喷丸技术的理论研究  25-38
  3.1 超声喷丸强化技术基础理论研究  25-29
    3.1.1 超声喷丸强化效果的主要影响因素  25-26
    3.1.2 受喷金属板料表面残余压应力产生机理  26-27
    3.1.3 受喷金属板料表面显微硬度提高及纳米层形成机理  27-29
  3.2 超声喷丸冲击工件表面凹坑深度理论计算  29-32
  3.3 受喷板料表面残余应力理论计算  32-34
  3.4 冲击碰撞中接触问题的有限元分析模型  34-37
    3.4.1 接触问题的虚功方程  34-35
    3.4.2 接触单元技术  35
    3.4.3 接触点模型  35
    3.4.4 接触力计算模型  35-36
    3.4.5 摩擦模型  36-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章超声喷丸技术的实验研究  38-46
  4.1 超声喷丸实验设备及实验方案  38-40
  4.2 实验结果的测量及分析  40-44
    4.2.1 残余应力测量及测量结果分析  40-42
    4.2.2 显微硬度测量及测量结果分析  42-43
    4.2.3 残余应力及显微硬度沿试样厚度方向的分布  43-44
  4.3 受喷试样成形效果简析  44-45
  4.4 本章小结  45-46
第五章超声喷丸过程残余应力的有限元模拟  46-53
  5.1 超声喷丸有限元模拟理论基础  46-47
  5.2 有限元分析软件ABAQUS/Explicit 模块简介  47-48
  5.3 超声喷丸冲击过程的有限元建模  48-50
    5.3.1 有限元模型的建立  48
    5.3.2 材料参数定义  48-49
    5.3.3 边界条件定义  49
    5.3.4 定义相互作用类型  49
    5.3.5 载荷  49
    5.3.6 网格划分及单元选取  49-50
  5.4 超声喷丸冲击过程残余应力的模拟结果及分析  50-52
  5.5 本章小结  52-53
第六章总结与展望  53-55
  6.1 总结  53
  6.2 展望  53-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
在学期间的研究成果及发表的学术论文  60

超声喷丸技术的理论与实验研究

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