【表面强化技术】辽宁科技大学宋华教授团队：基于DEM-FEM耦合模型的质量流量对喷丸强化效果的影响
科技
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2024-11-01 17:01
重庆
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喷丸强化作为一种高效的金属表面处理工艺，在海洋工业中拥有广泛的应用，用于提高海工钢E690零件的疲劳寿命。喷丸过程中，大量的弹丸随机撞击金属表面，使金属靶材表层发生循环塑性应变。由于次表层弹性变形区的恢复和表层不可恢复的塑性变形区的约束，在金属靶材的表面和次表层之间形成了有益的残余压应力层，残余压应力层对提升疲劳寿命起到主要作用。辽宁科技大学宋华教授团队开发了一种新的耦合方法，通过定义关键字的方式在ABAQUS软件内完成了DEM-FEM耦合喷丸强化模型建立，用于研究喷丸质量流量对喷丸强化效果的影响。通过定义关键字的方式实现了DEM-FEM耦合在单一软件内的实现，并给出了具体建模过程以及参数。本文以质量流量这一参数为切入点，研究了质量流量对残余应力场的和表面粗糙度的影响规律。
本文基于有限元仿真软件ABAQUS，通过定义关键字的方式实现了DEM-FEM耦合喷丸强化模型在单一软件内的建立。讨论了质量流量为2、4、6 kg/min时对表层残余应力、表面残余应力和表面粗糙度等参数的影响。取质量流量为2 kg/min，其他参数与模拟参数相同，进行了喷丸强化实验，对所建立的耦合模型的准确性进行验证，具体结论如下：1）随着质量流量的增加，表层最大残余压应力值出现下降的趋势，由2 kg/min时的–639.49 MPa下降到6 kg/min时的–592.48 MPa，下降幅度为7.35%。2）随着质量流量的增加，靶材表面残余压应力呈现出先增大后减小的趋势，由2 kg/min时的–432.15 MPa增大到4 kg/min时的–472.82 MPa，最后减小到6 kg/min时的–413.92 MPa。3）靶材表面粗糙度随着质量流量的增加呈现出下降的趋势，由2 kg/min时的11.21 μm下降到4 kg/min时的10.01 μm，最后下降到6
kg/min时的9.82 μm。4）对喷丸强化实验后的试样检测发现，表面粗糙度的实验值与模拟值的误差为13.3%，表面残余应力的实验值与模拟值的误差为7.4%，均在允许误差的范围内，证明所建立的模型可以准确地反映实际喷丸强化过程。引文格式：侯宏禹, 张闯, 裴悦涵, 等. 基于 DEM-FEM 耦合模型的质量流量对喷丸强化效果的影响[J]. 表面技术, 2024, 53(17): 186-195.HOU Hongyu, ZHANG
Chuang, PEI Yuehan, et al. Impact of Mass Flow Rate on Shot Peening Effect
Based on Coupled DEM-FEM Model[J]. Surface Technology, 2024, 53(17): 186-195.DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.17.017
