滚压强化变形及残余应力的数值仿真

adazhao

滚压强化变形及残余应力的数值仿真
论文一篇

chinarjg

表面滚压是一种提高构件、零件疲劳强度的非常有效的塑性强化方法。塑变强化提高疲劳强度的两个主要因素是强化表层发生了加工硬化，且形成了残余压应力，可以抑制裂纹的产生及扩展。滚压强化后工件的变形及残余应力同滚压工艺参数密切相关，传统的实验研究不但需要耗费大量的人力财力，而且对于大尺寸试件残余应力也很难测量。所以利用数值仿真技术来预测滚压后的变形及残余应力分布，对于滚压工艺参数的优化及疲劳寿命的预测具有重要的意义。 由于对滚压强化过程的仿真是集材料非线性，几何非线性和接触非线性的高度非线性问题，已有的模型分别对工件、滚轮/滚球运动、维数、接触进行了不同程度的简化。在这些模型中有的对工件简化过多，有的忽略了摩擦和滚轮/球的滚动，还有的将滚压过程简化成二维模型，而且都只研究了单圈或不足一圈的滚压过程。这些简化往往导致了计算精确度的下降与计算结果的失真。 基于此，本文在总结前人研究成果的基础上，通过有限元软件Marc对圆棒表面滚压强化工艺进行了数值仿真研究，主要包括以下几个方面内容： (1)建立了圆棒试件表面强化过程的力学模型，采用弹塑性大变形有限元分析方法对其进行了数值仿真，获得了与实际一致变形结果，为滚压强化后变形的预测提供了必要的依据。 (2)深入分析了建模过程中建模参数(进给模式、边界条件、接触设置、网格划分、建模对象等)对残余应力分布的影响，并通过对建模方法的不断改进，获得符合形变强化规律的残余应力分布结果，为以后更好的仿真滚压强化残余应力奠定了基础。 (3)利用数值仿真模型探讨了滚压工艺参数(滚压量、进给量、滚压速度)对残余应力分布的影响规律。结果表明，残余压应力值随滚压量的增大而递增，且残余应力的均匀性随进给量和滚压速度的增加而降低。