TC4合金表面喷丸处理有限元仿真文献综述

 2021-11-02 08:11

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TC4钛合金喷丸处理有限元分析综述

李益凡

(南京工业大学机械与动力工程学院 南京 211816)

摘 要:喷丸处理是将高速弹丸喷射到靶材表面,使靶材表面发生塑性变形,形成较高残余应力的强化层提高零件疲劳强度。TC4钛合金比强度高,塑性和韧性好,广泛运用于航天医疗领域。本文针对TC4钛合金不同喷丸处理的有限元分析方法分析对表面粗糙度和残余应力的结果影响进行综述。

关键词::TC4 钛合金; 喷丸处理; 疲劳性能; 残余应力; 粗糙度

0 引言

TC4钛合金材料在航空工业、生物医疗领域广泛应用。喷丸强化是提高此类零件疲劳寿命的有效工艺方法。影响喷丸强化效果的参数包括喷丸材料、喷丸直径、喷丸速度、喷丸时间。喷丸处理不同的参数选取决定了靶材表面残余应力的状态,对零件的疲劳寿命有重大的影响。[1]而喷丸处理实验需要大量实验样本,且过程复杂,周期较长,因此运用有限元分析方法能提高喷丸处理实验的经济性、可行性和周期性,喷丸处理的有限元分析方法也成为了研究喷丸效果和优化喷丸工艺的主要手段。为了研究喷丸处理对零件表面特性的影响规律,国内外研究了不同参数的分析模型,进行了大量的仿真实验。但总体来说,大部分是针对钢材分析,而针对TC4合金的喷丸仿真研究依然较少。

1 喷丸处理有限元分析方法的发展

在早期的仿真研究中Mori 等[2]基于有限元方法进行了喷丸残余应力场的研究,较早建立了喷丸仿真模型。Guagliano[3]研究了喷丸强度的拟合关系式。Meguid 等[4]建立了不同的单弹丸撞击模型,包括四分之一模型、轴对称模型等,研究了不同喷丸参数对不同材料表面完整性参数的影响规律。在此基础上发展出了在空间按一定位置分布的阵列弹丸模型[5]

国内扬天南等基于喷丸随机性提出了单丸、双丸和三丸同位置的反复冲击研究模型[6]。蒋聪盈等用多层喷丸的方式建立高覆盖率的研究模型,但仍然是规律排布的研究模型[7]。夏明莉等在TC4喷丸实验中运用了100%覆盖率的研究方法[8]。付敏等在研究中,综合了单丸、多丸,对称、非对称边界,高覆盖率喷丸规律排列的研究[1]。王延忠等基于 Python生成了空间弹丸球心随机坐标,使弹丸在 TC4 板件碰撞研究区域 正上方随机分布且互不干涉。弹丸空间位置随机分布、弹丸数量由覆盖率决定的多 弹丸喷丸有限元模型,实现了不同工况、不同喷丸覆盖率条件下所需弹丸个数的精确计算[9]。以及王惠敏区别于干喷丸强化方法的湿喷丸处理方法[10]

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