学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

各向异性材料喷丸残余应力的数值模拟

作　者: 须庆
导　师: 姜传海
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 各向异性材料喷丸残余应力数值模拟 X射线衍射
分类号: TG668
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 225次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文的主要研究内容是经不同喷丸工艺处理后的镍基单晶高温合金DD3材料残余应力分布及组织结构的变化。在此基础上,本文进一步利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了与实验相对应的喷丸过程模型,对建立的均质模型通过建立局部坐标系进行加载,调节喷丸工艺中不同参数并分析其对DD3残余应力场的影响,对不同参数下残余应力的分布进行分析,进而探讨了单晶性质对于喷丸残余应力的影响。对镍基单晶高温合金DD3进行喷丸处理,结果表明:经过喷丸处理的DD3试样,随着层深的加大,残余压应力逐渐增加,表明一定范围内喷丸强度的提高将有助于提高残余应力的各项参数。DD3合金具有明显的单晶特性,表面残余应力沿不同取向呈各向异性分布。不同喷丸覆盖率下,不同取向的样品表面残余应力相异。单晶初始取向对喷丸强化DD3组织结构与表面残余应力分布的影响比较显著。喷丸处理促使镍基单晶多晶化,喷丸层晶块碎化,随着表面覆盖率的提高,ODF最大取向密度和取向线强度逐渐降低,样品喷丸层呈现不同的织构特征。覆盖率为80%和200%下不同取向的喷丸试样的织构呈现多样化趋势,当覆盖率达到400%时,不同取向试样的织构分布趋于相同。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件根据受控喷丸实验的实际过程建立了均质喷丸模型,设定局部坐标系进行加载,得到了与实验结果相符的DD3残余应力随层深分布曲线及不同取向的表面残余应力分布曲线。通过有限元分析调节不同喷丸参数,可知影响喷丸强度的4个主要参数喷丸覆盖率、喷丸速度、弹丸种类及大小对喷丸残余应力场有着不同的作用。喷丸覆盖率对受喷材料的最大残余压应力和压应力层深有直接影响,在一定范围内,提高覆盖率将会导致最大残余应力和层深的增大。弹丸材质的影响主要与弹丸密度有关,高密度的弹丸撞击下的受喷材料具有更深的残余压应力层和更大的残余压应力。采用弹丸直径较小的丸料进行喷丸时,受喷材料的残余压应力较高,但层深较浅。弹丸速度则影响到喷丸残余应力场的深度,速度高的喷丸具备更大的动能,因此获得的残余压应力场更深。对DD3喷丸模型的有限元模拟结果还表明,由于受喷材料DD3属于正交各向异性材料,三个异性的晶向相互垂直,故研究其中一个取向的分布,可以推断出另外两个取向的规律。模拟试验中选取了(001)面作为分析对象,可以看到,随着测试角的增大,受喷DD3试样表面的残余压应力出现了先减弱再增强的趋势,通过对4种喷丸工艺参数的调节发现,改变参数会影响到压应力的大小,但压应力极小值出现的角度不变。可以推断,单晶取向会影响到残余应力的分布,但极小的残余应力必然只出现在位错能最低的滑移系上。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-32
  1.1 各向异性材料概要  10-12
  1.2 镍基单晶高温合金  12-14
  1.3 喷丸强化技术综述  14-21
    1.3.1 喷丸强化工艺介绍  14-18
    1.3.2 喷丸强化机制  18-19
    1.3.3 喷丸处理对材料性能的影响  19-21
  1.4 喷丸组织结构及残余应力场  21-25
    1.4.1 喷丸残余应力场特征.  22-23
    1.4.2 残余应力的测定方法.  23-25
  1.5 喷丸过程数值分析  25-30
    1.5.1 有限元法综述  25-27
    1.5.2.A NSYS 简介.  27-28
    1.5.3.A NSYS/LS-DYNA 简介  28-29
    1.5.4.A NSYS 一般求解步骤  29
    1.5.5 喷丸工艺的有限元模拟  29-30
  1.6 选题意义及研究内容.  30-32
第2章实验材料及方法  32-37
  2.1 实验材料.  32-34
  2.2 喷丸实验及分析.  34-35
    2.2.1.D D3 高温镍基合金喷丸处理  34
    2.2.2 喷丸残余应力测定  34-35
    2.2.3 取向测定.  35
  2.3 喷丸残余应力场的数值模拟实验  35-37
第3章 DD3 镍基单晶高温合金喷丸强化及其表征  37-50
  3.1 喷丸残余应力场  38-45
    3.1.1 喷丸残余应力沿层深的变化规律  38-39
    3.1.2 表面喷丸残余应力沿不同取向的变化规律  39-45
  3.2 喷丸对DD3 取向的影响  45-48
  3.3 本章小结.  48-50
第4章各向异性材料喷丸模型数值模拟  50-68
  4.1 喷丸模型的建立.  51-55
    4.1.1 有限元单元.  51-52
    4.1.2 三参数Barlat 模型  52-53
    4.1.3 喷丸实体模型的建立.  53-55
  4.2 数值模拟结果与讨论.  55-66
    4.2.1 实验模型数值模拟结果  55-58
    4.2.2 覆盖率对喷丸残余应力场的影响  58-60
    4.2.3 不同弹丸材料对喷丸残余应力的影响  60-62
    4.2.4 弹丸大小对残余应力场的影响  62-64
    4.2.5 喷丸速度对残余应力场的影响  64-66
  4.3 单晶结构对应力场的影响.  66
  4.4 本章小结.  66-68
第5章结论与创新  68-71
参考文献  71-74
攻读学位期间发表论文  74-75
致谢  75-77

各向异性材料喷丸残余应力的数值模拟

内容摘要

全文目录

相似论文