基于FEM-DEM耦合的大規模噴丸速度分布仿真研究*

李澤忠,唐菁隆,吳 康,郝龍龍,張 煜,楊 杰

(西南交通大學 力學與工程學院,四川 成都 610031)

0 引 言

噴丸強化是提高零部件抗疲勞強度的重要工藝,其廣泛應用于航空航天、汽車制造以及工程機械等領域中。各種尺寸和樣式的工件,尤其是承受交變載荷齒輪、航空發動機榫頭、以及軸承等金屬制件采用這一工藝可大幅提高疲勞強度。

噴丸強化仿真是研究噴丸工藝和機理的重要途徑,相關研究已從早期的二維模型發展到三維立體模型,從單彈丸仿真模型發展到考慮了覆蓋率的大規模不規則位置的多彈丸模型。Johnson等[1]最早建立單彈丸模型,分析了噴丸強化工藝的殘余應力。Guagliano和Schiffner等[2-3]建立了規則的多彈丸噴丸模型,并和之前的單彈丸仿真模型做了對比分析。近年來隨機彈丸模型的研究由于更符合真實性的特點,讓學者們更加地關注。盛湘飛等[4]對鋁合金進行了隨機噴丸模型的理論研究,并通過二次導入殘余應力的方式將長時間的仿真分成多段來提高效率。Yang F等[5]結合規則分布的彈丸與隨機彈丸,建立了周期性彈丸模型。Gangaraj等[6]對比了隨機彈丸模型和規則彈丸模型,并發現規則彈丸在粗糙度和覆蓋率的預測上顯得相對不足。在受噴對象方面,李智等[7]建立了面對曲面的噴丸模型,對比了不同噴丸角度對殘余應力的影響。王延忠等[8]研究了面向TC4鈦合金板件的噴丸模型,通過提取各個彈丸的坐標方法預測到了影響噴丸覆蓋率的原因。而在離散元的噴丸研究方面,Han等[9]建立了彈丸離散元模型,并將其應用于噴丸強化數值模擬仿真。……