激光強韌化處理高碳鋼的Hertz接觸應(yīng)力狀態(tài)及疲勞裂紋擴展特性研究.pdf

1、本文采用ANSYS有限元軟件,對激光強韌化處理高碳鋼的接觸應(yīng)力、應(yīng)變場進行了數(shù)值模擬分析,并對激光強化區(qū)滾動疲勞裂紋的擴展特性進行了研究。
　　通過建立Hertz接觸有限元模型,分析了接觸面摩擦系數(shù)與高碳鋼接觸表面應(yīng)力、最大剪應(yīng)力以及塑性應(yīng)變的關(guān)系,結(jié)果表明:Hertz接觸斑前后存在明顯拉壓應(yīng)力區(qū);摩擦系數(shù)變化對橫向、法向應(yīng)力影響較小,對縱向應(yīng)力影響顯著;當(dāng)摩擦系數(shù)超過0.2時,最大剪應(yīng)力位置從Hertz接觸斑下3mm轉(zhuǎn)移到接觸斑

2、表面;當(dāng)摩擦系數(shù)為0.2~0.4時,高碳鋼基體發(fā)生塑性應(yīng)變;摩擦系數(shù)達到0.5時,激光強化區(qū)內(nèi)部開始產(chǎn)生塑性應(yīng)變。
　　分析了Hertz接觸位置與VonMises等效應(yīng)力、塑性應(yīng)變的關(guān)系,結(jié)果顯示:當(dāng)Hertz接觸位置距離強化斑中心3mm時,在激光強化區(qū)出現(xiàn)最大等效應(yīng)力,基體區(qū)出現(xiàn)最大塑性應(yīng)變。
　　對比高碳鋼激光強化前后的數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn),在激光強化區(qū)與基體區(qū)邊界內(nèi)外各0.5mm區(qū)域,其應(yīng)力、應(yīng)變存在明顯的波動特性;激光強

3、化處理后的高碳鋼,其塑性應(yīng)變降低,而VonMises等效應(yīng)力增加。
　　采用奇異單元建立了三維裂紋尖端有限元模型,計算結(jié)果表明:激光強化后,強化斑下方基體中裂紋尖端的應(yīng)力強度因子KI值減小。接觸中心最大壓強達到1800MPa,強化區(qū)下基體的裂紋深度為1.8mm時,裂紋尖端的KI值最大,達到34.6MPa·m1/2,仍然低于-40℃下基體材料的KIC值(38.6MPa·m1/2)。
　　對兩組采用不同處理工藝的模擬輪軌試樣進行