引文摘要：針對(duì)彈簧材料，采用彈丸和靶材的彈塑性碰撞模型，模擬計(jì)算了不同噴丸參數(shù)對(duì)噴丸殘余應(yīng)力場的影響。結(jié)果表明，靶材表層的整體殘余應(yīng)力水平及其分布規(guī)律與X射線應(yīng)力測試結(jié)果大致吻合。

 一、 前言

    在眾多的機(jī)械零件中，彈簧材料的抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比幾乎名列前矛，服役條件也十分苛刻，其質(zhì)量和優(yōu)劣直接影響著整機(jī)的性能。表面噴丸強(qiáng)化處理，是彈簧制造過程中的關(guān)鍵工序，可以有效提高彈簧的疲勞斷裂抗力等。

    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元分析軟件經(jīng)過不斷擴(kuò)充與改進(jìn)，可以求解諸如金屬成形以及高速碰撞等三維非線性力學(xué)問題。然而，目前有關(guān)噴丸強(qiáng)化模似計(jì)算方面的工作非常有限，主要是在處理彈丸與靶材的彈塑性碰撞問題時(shí)存在某些困難。

    本文將針對(duì)彈簧材料，利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件，嘗試采用彈丸和靶材的彈塑性碰撞模型，模擬計(jì)算不同覆蓋率、彈丸速度及彈丸尺寸等參數(shù)對(duì)噴丸殘余應(yīng)力場的影響。

二、材料及試驗(yàn)方法

    模擬碰撞體系包括彈簧鋼靶材和高硬度鋼丸，使用雙線性各項(xiàng)同性硬化材料模型，靶材和彈丸的主要力學(xué)參料列于表中

    噴丸有限元計(jì)算模型，其對(duì)稱面即XOZ面，采用ANSYS/LS-DYNA分析軟件。為了模擬無限大三維實(shí)體，在模型的側(cè)面和底面均施加非反射邊界條件，可以防止應(yīng)力波在邊界處發(fā)生反射，以免影響到噴丸區(qū)域的計(jì)算結(jié)果。靶材上方有4層彈丸，顯示動(dòng)力分析單元，靶材模型尺寸12RX6RX10MM,R彈丸半徑0.6-1mm,碰撞區(qū)域網(wǎng)格單元尺寸為0.1mm,單元數(shù)量約110000個(gè)。

   四層彈丸疊加方式，利用該方法可以實(shí)現(xiàn)在靶材表面平均覆蓋，即通過增加彈丸層數(shù)來實(shí)現(xiàn)100%的覆蓋率?？紤]到彈丸和靶材碰撞的實(shí)際情況，靶材上方4層彈丸被視為彈塑性體。分析過程中，彈丸內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的自由度都耦合到其質(zhì)量中心上，可以縮短顯式分析計(jì)算時(shí)間。

下期文章將討論實(shí)驗(yàn)測試的結(jié)果與總結(jié)。