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    噴丸強化有限元建模過程

    噴丸強化有限元建模過程;能否有效噴丸工藝過程取決于有限元模型的準確與否,因此接下來我們將介紹有限元建模的過程;

    1、問題分析;噴丸過程中,工件的變形是在與彈丸接觸狀態下進行的,彈丸通過接觸表面把力和速度(慣性力)的作用施加到工件上,使之產生塑性變形。這種作用狀態,隨著變形的過程而在不斷變化,因此他對模擬分析有著及其重要的影響。工件在接觸表面受到彈丸產生的力和速度的約束作用,即切兩只摩擦應力和法向沖擊速度約束,所以接觸表面是混合邊界條件表面。接觸的復雜性使噴丸的有限元模擬成為一個高度非線性問題。

    2、確定模型;噴丸的過程非常復雜,直接模擬幾乎不可能,將沖擊過程看作為多個球體反復沖擊規則工件的過程,因此簡化了建模過程,工件模型的準確性決定了計算成本和計算結果的準確性,為此我們嘗試了多種模型,終于找到了一個較為合適的魔方型模型,如下圖所示,圖中彈丸半徑為0.005m,工件為0.003m*0.002m*0.003m 的長方體對稱模型。

    圖片1.png

    3、材料屬性的定義;工件是低碳鋼Q235,在WDW微機控制電子萬能試驗機上測得了Q235的基本力學參數,如表3.1,同時選用了材料為鋼和玻璃的兩種彈丸。

    圖片2.png

    4、定義分析和輸出;ABAQUS提供了ABAQUS/Standard、ABAQUS/Explicit兩個主求解模塊。ABAQUS/Standard主要用來一般過程分析;ABAQUS/Explicit是進行瞬時動力學分析的有效工具,特別適合求解沖擊和一些高度不連續及高度非線性問題,其處理接觸問題的能力也非常顯著,它能自動找出模型中的接觸對并高效模擬他們之間復雜接觸;谏险撌,本文選用ABAQUS/Explicit作為主求解模塊,在此模塊下選用Dynamic,Explicit作為初步分析。

    5、定意邊界條件和接觸條件;在實際噴丸作業過程中,工件一般固定在夾具上。所以邊界條件定義中,限制工件各個方向的移動,對稱面采用對稱約束;同時限制彈丸的轉動,并將彈丸約束為剛體。彈丸和工件采用庫倫接觸,摩擦系數為0.25。

    6、定義載荷;本文通過設置預定義場在初始步中加入初速度作為載荷。在實際噴丸過程中,彈丸是以不同速度和不同角度入射的,本文研究了不同速度對殘余應力場的影響。而噴射角度僅選用了垂直入射。垂直噴射是很有效的,以不同噴射角度只是損耗了動能。

    7、劃分網格;工件和彈丸的選擇如表3.2所示。工件選用的是減縮積分單元(C3D8R),求解更加精準,但減縮積分單元只在單元中心有一個積分點,存在沙漏問題。為避免沙漏問題,細化了彈丸與工件接觸端面的網格以及相入少量的人工沙漏剛度以限制沙漏模式的擴展。

    8、需優先控制的參數;采用有限元法與實驗法和理論法所不同的是,需要用不同網格和單元類型去進行驗證,從而確何計算結果不被網格質量和單元類型所影響,例如如果采用的是減縮性單元,則需要控制沙漏參數。噴丸是一個動態過程。

    噴丸是一個瞬間過程,沖擊速度大,彈丸與工件接觸時間很短,理論上單次沖擊時接觸時間的選擇對結果影響不大。

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