一种模拟弹丸倾斜入射结构件喷丸强化的模拟方法技术

本发明专利技术提出了一种模拟弹丸倾斜入射结构件喷丸强化的模拟方法。根据单弹丸撞击有限元模拟得到的弹坑直径及饱和喷丸覆盖率计算得到饱和喷丸时的弹丸数量；建立了不同弹丸入射角及弹丸入射速度下残余应力的计算方法，根据弹丸垂直入射时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力计算弹丸倾斜入射时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力；建立了弹丸多次打击区域的残余应力的计算方法，根据不同弹丸入射速度及弹丸入射角下弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力计算弹丸多次打击时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力；将不同喷丸条件下的残余应力以初始应力的方式引入结构件模型，以此进行弹丸倾斜入射结构件的喷丸强化变形有限元模拟。丸倾斜入射结构件的喷丸强化变形有限元模拟。丸倾斜入射结构件的喷丸强化变形有限元模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟弹丸倾斜入射结构件喷丸强化的模拟方法


[0001]本专利技术涉及喷丸强化有限元模拟
，具体是一种模拟弹丸倾斜入射结构件喷丸强化的模拟方法。

技术介绍

[0002]喷丸工艺是一种有效提高工件疲劳寿命和改善工件表面完整性的表面处理方法，被广泛应用于航空、航天、船舶、汽车等军民用领域。喷丸强化工艺是利用大量弹丸撞击工件表面，使工件表层的材料发生弹塑性变形而引入残余压应力，在残余压应力的作用下使工件产生弯曲和延展而成形出所需形状的一种特种工艺。为减少试验次数、降低研制成本，借助于有限元数值分析方法来分析喷丸强化的过程，成为了一种重要的研究手段。喷丸强化过程不仅涉及大量弹丸的撞击过程，而且还涉及喷丸强化过程中零件的变形，按照实际弹丸撞击情况模拟其强化过程在目前还很难实现。因此，通过等效方法模拟喷丸强化过程成为了一种可行的途径。
[0003]公开号CN104866652的中国专利“一种基于ABAQUS的喷丸强化变形的有限元模拟方法”建立了均布式的弹丸撞击有限元模型，将模拟得到的残余应力分布结果以一种等效载荷的形式写入到喷丸强化有限元模型中，得到了零件在给定初始应力下的变形情况。通过有限元分析软件ABAQUS动力分析解算器进行弹丸撞击模拟，通过有限元分析软件中子程序SIGINI来定义初始应力，通过有限元分析软件ABAQUS静力分析解算器进行回弹计算。公开号CN109359365的中国专利“一种考虑弹丸随机效应的喷丸工艺数值模拟方法”建立弹丸生成算法的时候考虑了弹丸的随机效应，所生成的弹丸被赋予了不同的弹丸尺寸、弹丸速度大小与弹丸方向，更加符合实际喷丸工艺中的弹丸情况。但是，在所述专利的方法中，并没有考虑弹丸倾斜入射时的喷丸强化变形的模拟，也没有考虑反弹的弹丸对零件造成的二次打击效果。

技术实现思路

[0004]为了克服现有喷丸强化模拟技术中的不足，本文提出了一种模拟弹丸倾斜入射结构件喷丸强化的模拟方法。根据单弹丸撞击有限元模拟得到的弹坑直径及饱和喷丸覆盖率计算得到饱和喷丸时的弹丸数量；根据弹丸垂直入射时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力计算弹丸倾斜入射时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力；根据不同弹丸入射速度及弹丸入射角下弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力计算弹丸二次打击时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力；将不同喷丸条件下的残余应力以初始应力的形式引入结构件模型，以此进行弹丸倾斜入射结构件的喷丸强化变形有限元模拟；
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟弹丸倾斜入射结构件喷丸强化的模拟方法，其特征在于包含以下内容：
[0006]第一步，在有限元分析软件ABAQUS中建立均布式的弹丸撞击有限元模型，所述模型包括结构件代表单元模型和弹丸模型，所述结构件代表单元模型的侧面及底面各有一层
无限元，所述弹丸模型为1/2刚体模型，所述弹丸的数量根据弹坑的直径及饱和喷丸覆盖率计算得到；通用预定义场的方式输入弹丸入射速度，模拟完成后得到弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力；
[0007]第二步，根据弹丸垂直入射时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力计算弹丸倾斜入射时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力，所述弹丸倾斜入射时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力的计算方法为：
[0008][0009]其中，k为修正系数；θ为弹丸入射角；v为弹丸入射速度，单位m/s；σ(v0°
,0
°
,h)为弹丸入射速度v0°
、弹丸入射角0
°
时弹丸撞击区域在深度为h处的残余应力，单位MPa；σ(v,θ,h)为弹丸入射速度v、弹丸入射角θ时弹丸撞击区域在深度为h处的残余应力，单位MPa；
[0010]第三步，根据不同弹丸入射速度及弹丸入射角下弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力计算弹丸多次打击区域沿深度方向的残余应力；所述弹丸多次打击是指经过反射后的弹丸撞击在已被弹丸撞击过的区域，即弹丸的反射速度变为新的入射速度；所述弹丸多次打击区域沿深度方向的残余应力的计算方法为：
[0011][0012]其中,α为经验系数，取值范围2.3～5；σ
n
为n次弹丸撞击结构件后的残余应力,单位MPa；σ
i
(v,θ,h)为第i次弹丸撞击结构件时的弹丸入射角及弹丸入射速度对应的残余应力,单位MPa；n为结构件被弹丸撞击的总次数，当n取值为1时表示经过反射后的弹丸撞击在未被弹丸撞击过的区域；
[0013]第四步，将不同喷丸条件下的残余应力以初始应力的形式引入结构件模型，以此进行弹丸倾斜入射结构件的喷丸强化变形有限元模拟；
[0014]进一步地，所述弹坑的直径由单弹丸撞击有限元模拟得到，所述单弹丸撞击有限元模拟是在第一步中把弹丸数量设置为一个后进行的有限元模拟；
[0015]进一步地，所述由饱和喷丸覆盖率计算得到弹丸数量的计算方法为：
[0016][0017]其中，n表示弹丸的弹丸数量；d表示弹坑的直径，单位mm；S表示弹丸冲击区域的面积，单位mm2；η表示喷丸覆盖率，饱和喷丸时取值200％；
[0018]进一步地，所述修正系数k通过饱和喷丸试验校准得到，计算方法为：
[0019][0020]其中，M
exp
为试验得到的弯矩，单位N
·
mm；M
sim
为模拟得到的弯矩，单位N
·
mm；
[0021]进一步地，所述将不同喷丸条件下的残余应力以初始应力的形式引入结构件模型是通过有限元分析软件ABAQUS中子程序SIGINI实现的，所述结构件模型采用壳单元复合层模型，所述弹丸倾斜入射结构件的喷丸强化变形有限元模拟通过有限元分析软件ABAQUS静
力分析解算器进行回弹计算。
[0022]有益效果
[0023]本专利技术提出了一种模拟弹丸倾斜入射结构件喷丸强化的模拟方法。根据单弹丸撞击有限元模拟得到的弹坑直径及饱和喷丸覆盖率计算得到饱和喷丸时的弹丸数量；建立了不同弹丸入射角及弹丸入射速度下残余应力的计算方法，根据弹丸垂直入射时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力计算弹丸倾斜入射时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力；建立了弹丸多次打击区域的残余应力的计算方法，根据不同弹丸入射速度及弹丸入射角下弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力计算弹丸多次打击时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力；将不同喷丸条件下的残余应力以初始应力的方式引入结构件模型，以此进行弹丸倾斜入射结构件的喷丸强化变形有限元模拟；
附图说明
[0024]图1为一种模拟弹丸倾斜入射结构件喷丸强化的模拟方法的流程图；
[0025]图2为本专利技术实施例中结构件代表单元模型和弹丸模型示意图；
[0026]图3为本专利技术实施例中弹丸入射角0
°
、弹丸入射速度50m/s对应的弹丸撞击区域沿深度方向的平均残余应力图；
[0027]图4为本专利技术实施例中双筋结构件模型的截面轮廓图；
[0028]图5为本专利技术实施例中双筋结构件弹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟弹丸倾斜入射结构件喷丸强化的模拟方法，其特征在于包含以下内容：1
‑
1在有限元分析软件ABAQUS中建立均布式的弹丸撞击有限元模型，所述模型包括结构件代表单元模型和弹丸模型，所述结构件代表单元模型的侧面及底面各有一层无限元，所述弹丸模型为1/2刚体模型，所述弹丸的数量根据弹坑的直径及饱和喷丸覆盖率计算得到；通用预定义场的方式输入弹丸入射速度，模拟完成后得到弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力；1
‑
2根据弹丸垂直入射时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力计算弹丸倾斜入射时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力，所述弹丸倾斜入射时弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力的计算方法为：其中，k为修正系数；θ为弹丸入射角；v为弹丸入射速度，单位m/s；σ(v0°
,0
°
,h)为弹丸入射速度v0°
、弹丸入射角0
°
时弹丸撞击区域在深度为h处的残余应力，单位MPa；σ(v,θ,h)为弹丸入射速度v、弹丸入射角θ时弹丸撞击区域在深度为h处的残余应力，单位MPa；1
‑
3根据不同弹丸入射速度及弹丸入射角下弹丸撞击区域沿深度方向的残余应力计算弹丸多次打击区域沿深度方向的残余应力；所述弹丸多次打击是指经过反射后的弹丸撞击在已被弹丸撞击过的区域，即弹丸的反射速度变为新的入射速度；所述弹丸多次打击区域沿深度方向的残余应力的计算方法为：其中,α为经验系数，取值范围2.3～5；σ
n
为n次弹丸撞击结构件后的残余应力,单位MPa；σ
i
(v,θ,h)为第i次弹丸撞击结构件时的弹丸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炜，惠丁丁，贺韡，王永军，胡彦华，别吉松，
申请(专利权)人：中航西安飞机工业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：