超聲沖擊16MnR表面納米化過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

1、數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)成為解決實(shí)際問(wèn)題的重要手段,采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行模擬可以替代在試驗(yàn)室或者現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的昂貴、費(fèi)時(shí)甚至有時(shí)危險(xiǎn)的試驗(yàn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以使得試驗(yàn)過(guò)程比較方便的多次反復(fù)進(jìn)行,這樣也減少了試驗(yàn)經(jīng)費(fèi),節(jié)約了資源,從而使試驗(yàn)達(dá)到最優(yōu)化。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的模擬,我們還可以觀察到在試驗(yàn)過(guò)程中難以觀察到的量,這樣便于進(jìn)一步的去分析試驗(yàn),提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。通過(guò)模擬我們可以得到更深刻的了解,進(jìn)一步的從本質(zhì)上去分析試驗(yàn)的結(jié)果,這對(duì)試驗(yàn)

2、的分析起到很大的作用。16MnR鋼經(jīng)過(guò)超聲沖擊處理后,其表面的塑性應(yīng)變、應(yīng)力難以觀測(cè),通過(guò)模擬我們可以得到這些難以測(cè)量的量,所以使用計(jì)算機(jī)對(duì)超聲沖擊16MnR進(jìn)行模擬十分有意義。
　　本文采用大型有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA對(duì)超聲沖擊16MnR試樣表面納米化過(guò)程中所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、塑性應(yīng)變等進(jìn)行數(shù)值模擬。超聲沖擊過(guò)程是沖擊針以一定的速度撞擊16MnR試樣表面,使得試樣表面產(chǎn)生劇烈的塑性變形。本文選用Cowper-Sym

3、onds模型對(duì)超聲沖擊過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了殘余應(yīng)力產(chǎn)生過(guò)程并在不同超聲沖擊參數(shù)作用下的殘余應(yīng)力、應(yīng)變分布。超聲沖擊16MnR主要是基于在沖擊針高能量的作用下使得基板表面發(fā)生劇烈的塑性變形,從而使得其表面晶粒細(xì)化的過(guò)程。通過(guò)數(shù)值模擬得到超聲沖擊針的速度、沖擊針半徑的大小與試樣表面所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、塑性變形之間的關(guān)系。從模擬結(jié)果可以得到超聲沖擊針?biāo)俣群桶霃皆酱?沖擊后試樣表面所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力越大、塑性變形也越明顯;模擬過(guò)程中,還分析了

4、超聲沖擊時(shí)間對(duì)16MnR試樣表面殘余應(yīng)力分布的影響,超聲沖擊針作用于基板表面的沖擊速度一定的條件下作用時(shí)間越長(zhǎng),在16MnR基板表面所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也越大。
　　本文還采用大型商業(yè)析軟件DEFORM-3D對(duì)超聲沖擊16MnR表面納米化過(guò)程所伴隨的晶粒細(xì)化過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。超聲沖擊針以一定的速度撞擊16MnR表面時(shí),使得其表面產(chǎn)生劇烈塑性變形,從而使得16MnR的表面的晶粒尺寸發(fā)生變化。文中通過(guò)對(duì)DEFORM-3D二次開發(fā),成功地

5、將Yada晶粒細(xì)化模型嵌入到軟件中使其具有晶粒細(xì)化模擬功能。數(shù)值模擬結(jié)果表明:當(dāng)塑性變形超過(guò)臨界應(yīng)變時(shí),晶粒尺寸將發(fā)生變化,表面塑性變形越劇烈晶粒度變化越明顯。采用不同的超聲沖擊應(yīng)變速率對(duì)16MnR表面晶粒細(xì)化的是程度不同,其中當(dāng)應(yīng)變速率達(dá)到1000s-1時(shí),材料表面晶粒的平均尺寸約為85.3nm;在相同的超聲沖擊時(shí)間條件下,試驗(yàn)所得到的晶粒度平均尺寸為50nm,試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果在同一個(gè)數(shù)量級(jí)可認(rèn)為是一致的。最后把計(jì)算機(jī)模擬得到的結(jié)果