滾壓強(qiáng)化變形及殘余應(yīng)力的數(shù)值仿真.pdf

1、表面滾壓是一種提高構(gòu)件、零件疲勞強(qiáng)度的非常有效的塑性強(qiáng)化方法。塑變強(qiáng)化提高疲勞強(qiáng)度的兩個(gè)主要因素是強(qiáng)化表層發(fā)生了加工硬化，且形成了殘余壓應(yīng)力，可以抑制裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)展。滾壓強(qiáng)化后工件的變形及殘余應(yīng)力同滾壓工藝參數(shù)密切相關(guān)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究不但需要耗費(fèi)大量的人力財(cái)力，而且對(duì)于大尺寸試件殘余應(yīng)力也很難測(cè)量。所以利用數(shù)值仿真技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)滾壓后的變形及殘余應(yīng)力分布，對(duì)于滾壓工藝參數(shù)的優(yōu)化及疲勞壽命的預(yù)測(cè)具有重要的意義。 由于對(duì)滾壓強(qiáng)化過(guò)程的

2、仿真是集材料非線性，幾何非線性和接觸非線性的高度非線性問(wèn)題，已有的模型分別對(duì)工件、滾輪/滾球運(yùn)動(dòng)、維數(shù)、接觸進(jìn)行了不同程度的簡(jiǎn)化。在這些模型中有的對(duì)工件簡(jiǎn)化過(guò)多，有的忽略了摩擦和滾輪/球的滾動(dòng)，還有的將滾壓過(guò)程簡(jiǎn)化成二維模型，而且都只研究了單圈或不足一圈的滾壓過(guò)程。這些簡(jiǎn)化往往導(dǎo)致了計(jì)算精確度的下降與計(jì)算結(jié)果的失真。 基于此，本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)有限元軟件Marc對(duì)圓棒表面滾壓強(qiáng)化工藝進(jìn)行了數(shù)值仿真研究，主要包括

3、以下幾個(gè)方面內(nèi)容： (1)建立了圓棒試件表面強(qiáng)化過(guò)程的力學(xué)模型，采用彈塑性大變形有限元分析方法對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值仿真，獲得了與實(shí)際一致變形結(jié)果，為滾壓強(qiáng)化后變形的預(yù)測(cè)提供了必要的依據(jù)。 (2)深入分析了建模過(guò)程中建模參數(shù)(進(jìn)給模式、邊界條件、接觸設(shè)置、網(wǎng)格劃分、建模對(duì)象等)對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響，并通過(guò)對(duì)建模方法的不斷改進(jìn)，獲得符合形變強(qiáng)化規(guī)律的殘余應(yīng)力分布結(jié)果，為以后更好的仿真滾壓強(qiáng)化殘余應(yīng)力奠定了基礎(chǔ)。 (3)利用