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喷丸 残余应力场的研究意义 

2020-04-22 10:44:54

     

 据统计,疲劳失效中,80%以上的裂纹起始于构件表面,而且通常位于诸如加工过程产生的刀痕、划伤、组织损伤、夹杂物及其他表面缺陷造成的应力集中。疲劳对构件表面状态十分敏感,表面缺陷造成的局部应力集中值叠加在疲劳载荷上,大大加速了裂纹的萌生,剧烈降低了疲劳寿命,简言之,表面完整性决定了构件的疲劳性能,所以表面强化显得尤为重要。

    实际证明,凡是能够在构件表层引入残余压应力的工艺,都可以提高构件疲劳强化,若引入的是残余拉应力,则会使疲劳强度降低。而且疲劳裂纹通常萌生于构件最表层的高拉伸应力区,能抵消这个高位拉应力后并在构件表层残留一个压应力场的手段被视为延缓金属疲劳的最有效手段之一。能达到这一种目的的手段多种多样,喷丸因具有多种多重优势而应用最为广泛。喷丸的研究手段有理论法、实验法、有限元数值模拟法等,理论法以经相当成熟,但限于引入过多理想化的前提条件,在实际运用中我比较多限制;实验法结果真实可考,但极为耗时耗力;有限元数值模拟法能有效模拟喷丸成形过程,并且省时省力,同时可以根据有限元结果指导试验和工业生产,减少试验费用和工业生产成本,因此喷丸的数值模拟成为近几年来的发展趋势。

    关于残余压应力延缓疲劳的极力问题,学术界还存在一些争议。王仁智等学者认为引入残余应力的作用主要是通过改变裂纹源萌生的位置(即由表面推移到内部)或通过降低早期裂纹扩展速率来提高疲劳强度,文献同时证明了此观点,而胡奈赛等学者认为表面形变强化主要降低疲劳裂纹扩展速率而对推迟疲劳裂纹的萌生期影响不大。但是有文献却认为表面强化即可减小裂纹扩展速率亦可显著推迟裂纹萌生。

    目前国内研究残余应力的学者很多,但是关于残余应力对裂纹扩展的影响扔没有一位学者能够得出较为统一的结论,所以这扔是一个有待进一步研究的问题。

随着计算机技术的发展,数值模拟在疲劳研究、疲劳裂纹扩展研究以及喷丸研究中扮演了非常重要的角色。但到上前为止,鲜有学者将疲劳裂纹扩展研究与喷丸研究结合在一起进行研究,而二者的结合研究会对数值模拟技术的发展产生很大的影响,也扩大了其各自的研究领域,最重要的是,二者的有机结合,可为工业应用提供重要的参考依据。


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