基于仿真模型应用的柔轮微粒子喷丸变形数据分析方法技术

本发明专利技术公开的基于仿真模型应用的柔轮微粒子喷丸变形数据分析方法，建立随机分布多丸粒冲击靶板模型时做出如下假设：

【技术实现步骤摘要】
基于仿真模型应用的柔轮微粒子喷丸变形数据分析方法
[0001]方法领域
[0002]本专利技术属于柔轮微粒子喷丸变形处理
，尤其涉及基于仿真模型应用的柔轮微粒子喷丸变形数据分析方法
。

技术介绍

[0003]由于柔轮筒体和法兰较薄，在残余压应力的作用下整体结构会有一定的变形
。
如何分析微粒子喷丸诱导的残余压应力层对柔轮变形的影响，并提出相应的工艺方案才可以减小柔轮喷丸变形
。
如何实现变形的数据的有效分析为技术难题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于为了解决上述问题而提供一种基于仿真模型应用的柔轮微粒子喷丸变形数据分析方法
。
[0005]本专利技术为提供基于仿真模型应用的柔轮微粒子喷丸变形数据分析方法所采取的方法方案是：包括以下步骤：
[0006]步骤
S1
，建立喷丸仿真模型：
[0007]建立随机分布多丸粒冲击靶板模型时做出如下假设：
(1)
所有弹丸都是规则球体，弹丸尺寸及其物理性质相同；
(2)
反射丸流不会影响入射丸流速度，即弹丸之间不发生接触；
(3)
每个弹丸与靶体都只发生一次碰撞；随机分布多丸模型中所有丸粒中心的空间坐标是在一个给定的三维空间内随机分布的，同时保证任意两个弹丸之间不存在干涉；
[0008]弹丸设置为弹塑性体，采用各向同性本构模型；
[0009]多弹丸模型中对受喷试样表面进行完全固定
。/>弹丸与靶板之间的接触关系为
surface to surface
，其中，弹丸表面为主节点，靶板节点为从节点
。
法向行为定义为“硬”接触，“硬”接触关系在约束位置处使得从面穿透主面的行为最小化，并且不允许拉应力通过界面传递；
[0010]Rayleigh
阻尼设置，显示动力学计算结果
‘
振荡
’
问题的原因是其模型内没有阻尼，引入瑞利阻尼的方法来减少这种
‘
振荡
’
。
引入的阻尼系数与材料参数有关，根据单丸模型确定合适的阻尼系数；
[0011]步骤
S2
，柔轮微粒子喷丸变形控制：
[0012]分析微粒子喷丸诱导的残余压应力层对柔轮变形的影响，并提出相应的工艺方案以减小柔轮喷丸变形；
[0013]步骤
S3
，柔轮微粒子喷丸试验：通过步骤
S1
及步骤
S2
的结果进行柔轮微粒子喷丸试验，对喷丸前后柔轮的表面微观形貌
、
残余应力分布进行对比分析
。
同时，对比分析国产喷丸与进口柔轮的表面微观形貌
、
残余应力分布
。
[0014]特别的，步骤
S1
中，丸粒球心坐标满足以下关系：
[0015]x
min
≤xi≤x
max
(i
＝1，2，
...
，
n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0016]y
min
≤y
i
≤y
max
(i
＝1，2，
...
，
n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0017]z
min
≤z
i
≤z
max
(i
＝1，2，
...
，
n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0018][0019]上式中，
x min、x max、y min、y max、z min、z max
表示丸粒中心坐标在
x
，
y
，
z
三个方向上的范围，
d
表示任意两丸粒中心中间的距离，
D
表示丸粒的直径，运用
python
语言
random
库中的
uniform
函数获取三维空间内随机位置坐标作为弹丸球心空间坐标，通过循环判断确保新产生的弹丸与已有弹丸不存在干涉现象
。
[0020]特别的，步骤
S2
中，为解决柔轮喷丸后整体变形过大问题，提出对喷工艺方案，使用有限元静力学方法，计算不同喷丸工艺下柔轮整体变形情况
。
[0021]特别的，步骤
S3
中，通过喷丸后柔轮表面粗糙度值增加量变化证明在本工艺参数条件下，微粒子喷丸存在喷丸后是否增加过大的问题，对于残余应力分布而言，喷丸工艺参数是否合理及喷丸后柔轮表层残余应力状态变化
。。
[0022]本专利技术具有的优点和积极效果如下：
[0023]1)
建立柔轮微粒子喷丸仿真模型，计算得到柔轮微粒子喷丸后表面微观形貌
、
表面粗糙度和残余应力分布
。
[0024]2)
柔轮属薄壁件，喷丸后易发生整体变形
。
使用有限元静力学方法，计算不同喷丸工艺下柔轮整体变形情况
。
提出对喷工艺方案，可减小柔轮喷丸后的整体变形
。
[0025]3)
提出柔轮微粒子喷丸工艺参数，并进行喷丸试验
。
喷丸后柔轮表面粗糙度
Sa
值增加量不大，证明在本工艺参数条件下，微粒子喷丸不会像常规喷丸一样，存在喷丸后
Sa
值增加过大的问题
。
对于残余应力分布而言，喷丸工艺参数合理
。
喷丸后柔轮表层残余应力状态由大的拉应力或小的压应力变为大的压应力
。
在本套工艺参数下，柔轮各表面残余压应力水平超过或达到进口件水平，且残余压应力分布趋势相似
。
附图说明
[0026]图1是本专利技术弹丸中心空间坐标获取流程
。
[0027]图2是本专利技术“硬”接触时的压力
‑
过盈关系
。
[0028]图3是本专利技术微粒子喷丸后表面粗糙度
Sa
值示意图
。
[0029]图4是本专利技术微粒子喷丸后残余应力分布图
。
具体实施方式
[0030]为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路

、
特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下
。
[0031]在本实施例中，柔轮微粒子喷丸工艺参数设定为：微粒子牌号：
SBM100
低硬度，空气压力：
0.2Mpa
，丸流量：
1.2kg/min
，喷口至表面距离：
90mm
，喷丸强度：
0.11mmN。
覆盖率：
150
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于仿真模型应用的柔轮微粒子喷丸变形数据分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1
，建立喷丸仿真模型：建立随机分布多丸粒冲击靶板模型时做出如下假设：
(1)
所有弹丸都是规则球体，弹丸尺寸及其物理性质相同；
(2)
反射丸流不会影响入射丸流速度，即弹丸之间不发生接触；
(3)
每个弹丸与靶体都只发生一次碰撞；随机分布多丸模型中所有丸粒中心的空间坐标是在一个给定的三维空间内随机分布的，同时保证任意两个弹丸之间不存在干涉；弹丸设置为弹塑性体，采用各向同性本构模型；多弹丸模型中对受喷试样表面进行完全固定
。
弹丸与靶板之间的接触关系为
surface to surface
，其中，弹丸表面为主节点，靶板节点为从节点
。
法向行为定义为“硬”接触，“硬”接触关系在约束位置处使得从面穿透主面的行为最小化，并且不允许拉应力通过界面传递；
Rayleigh
阻尼设置，显示动力学计算结果
‘
振荡
’
问题的原因是其模型内没有阻尼，引入瑞利阻尼的方法来减少这种
‘
振荡
’
。
引入的阻尼系数与材料参数有关，根据单丸模型确定合适的阻尼系数；步骤
S2
，柔轮微粒子喷丸变形控制：分析微粒子喷丸诱导的残余压应力层对柔轮变形的影响，并提出相应的工艺方案以减小柔轮喷丸变形；步骤
S3
，柔轮微粒子喷丸试验：通过步骤
S1
及步骤
S2
的结果进行柔轮微粒子喷丸试验，对喷丸前后柔轮的表面微观形貌
、
残余应力分布进行对比分析
。
同时，对比分析国产喷丸与进口柔轮的表面微观形貌
、
残余应力分布
。2.
根据权利要求1所述的基于仿真模型应用的柔轮微粒子喷丸变形数据分析方法，其特征在于：步骤
S1
中，丸粒球心坐标满足以下关系：
x
m...

【专利技术属性】
技术研发人员：周清泉，成勇，夏宇杰，资涛，李斌，欧浪，蔺伟，
申请(专利权)人：万鑫精工湖南股份有限公司，
类型：发明
国别省市：