CN112560259A - 一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测方法 - Google Patents

一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测方法 Download PDF

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王延忠
张炜
余博
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Abstract

本发明为一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测方法，包括：1.获得传动轴典型材料的J‑C本构模型；2.基于传动轴典型材料的J‑C模型研究该材料的弹塑性碰撞机理；3.分析单丸粒碰撞过程中的应力变化及残余应力形成机理；4.基于蒙特卡洛的覆盖率计算方法计算喷丸覆盖率；5.基于材料硬化研究多丸粒喷丸残余应力计算模型。本发明通过基于材料的单丸粒碰撞过程应力变化及残余应力形成规律，借助蒙特卡洛的覆盖率计算方法及多丸粒喷丸残余应力计算模型，实现对传动轴喷丸表面残余应力的快速预测，能快速预测不同喷丸工艺条件下传动轴喷丸表面残余应力，为传动轴的喷丸加工工艺设计提供理论基础。

Description

一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测 方法
技术领域
本发明属于长寿命传动元件制造领域，具体涉及一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测方法。
背景技术
传动轴是飞机、船舶、装甲车辆等传递动力的关键部件，其使用性能对整个传动装置的功能实现和可靠性都起着至关重要的作用。受到飞机、装甲车辆等对传动装置体积和重量的严格限制，传动轴无法采用类似万向轴等结构，只能通过精细化的设计和制造，实现缩小体积和重量的同时，确保其寿命。喷丸工艺能够在传动轴表面引入残余压应力，而传动轴加工表面残余应力极大影响着其使用寿命，如何选择合理的喷丸工艺来引入合适的表面残余应力，是提高传动轴使用性能的有效方法。
目前对传动轴表面残余应力的预测尚没有良好的实现方法，无法实现在喷丸工艺前对加工表面进行合理预测，以挑选合适的丸粒大小、喷丸速度等加工参数。即无法保证整体的工艺效果，也容易产生较大的参数试验成本。因此，必须建立对传动轴喷丸表面残余应力快速预测模型，实现对传动轴表面残余应力的合理预测。
发明内容
本发明的目的在于：针对传动轴喷丸表面残余应力难以预测的问题，通过基于材料的单丸粒碰撞过程应力变化及残余应力形成规律，借助蒙特卡洛的覆盖率计算方法及多丸粒喷丸残余应力计算模型，实现对传动轴喷丸表面残余应力的快速预测。
本发明提出了一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测方法。该方法步骤如下：
步骤S1：通过霍普金森压杆实验获得传动轴典型材料的J-C本构模型；
步骤S2：基于传动轴典型材料的J-C模型研究该材料的弹塑性碰撞机理；
步骤S3：分析单丸粒碰撞过程中的应力变化及残余应力形成机理；
步骤S4：基于蒙特卡洛的覆盖率计算方法计算喷丸覆盖率；
步骤S5：基于材料硬化研究多丸粒喷丸残余应力计算模型。
进一步的，所述步骤S1中，通过对传动轴典型材料的霍普金森压杆实验测定材料的动态应力应变曲线，获得材料的J-C本构模型，为接下来的材料碰撞机理研究提供基础。
进一步的，所述步骤S2中，基于材料的J-C本构模型，分别从弹塑性加载角度对材料的碰撞机理进行研究，为接下来的分析单丸粒碰撞过程中的应力变化及残余应力形成机理提供基础。
进一步的，所述步骤S3中，基于材料的弹塑性碰撞机理，从法向力及切向力产生的位移和应力着手，分析单丸粒碰撞过程中的应力变化及残余应力形成机理。
进一步的，所述步骤S4中，基于单丸粒粒度等参数，建立单丸粒仿真模型得到单丸粒碰撞面积，基于蒙特卡洛的覆盖率计算方法，计算喷丸单丸粒覆盖率，并得到单位面积喷丸所需要的丸粒数量。
进一步的，所述步骤S5中，基于材料在喷丸过程中的冷作硬化现象，研究多丸粒喷丸过程的残余应力变化，并通过单丸粒覆盖率的计算，最终得到多丸粒喷丸的残余应力计算模型，实现对传动轴喷丸表面残余应力的快速预测。
附图说明
图1为发明的方法流程图。
具体实施方法
一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测方法，其方法流程如下：
步骤S1：通过霍普金森压杆实验获得传动轴典型材料的J-C本构模型；
步骤S2：基于传动轴典型材料的J-C模型研究该材料的弹塑性碰撞机理；
步骤S3：分析单丸粒碰撞过程中的应力变化及残余应力形成机理；
步骤S4：基于蒙特卡洛的覆盖率计算方法计算喷丸覆盖率；
步骤S5：基于材料硬化研究多丸粒喷丸残余应力计算模型。
进一步的，所述步骤S1中，通过对传动轴典型材料的霍普金森压杆实验测定材料的动态应力应变曲线，获得材料的J-C本构模型，为接下来的材料碰撞机理研究提供基础。
进一步的，所述步骤S2中，基于材料的J-C本构模型，分别从弹塑性加载角度对材料的碰撞机理进行研究，为接下来的分析单丸粒碰撞过程中的应力变化及残余应力形成机理提供基础。
进一步的，所述步骤S3中，基于材料的弹塑性碰撞机理，从法向力及切向力产生的位移和应力着手，分析单丸粒碰撞过程中的应力变化及残余应力形成机理。
进一步的，所述步骤S4中，基于单丸粒粒度等参数，建立单丸粒仿真模型得到单丸粒碰撞面积，基于蒙特卡洛的覆盖率计算方法，计算喷丸单丸粒覆盖率，并得到单位面积喷丸所需要的丸粒数量。
进一步的，所述步骤S5中，基于材料在喷丸过程中的冷作硬化现象，研究多丸粒喷丸过程的残余应力变化，并通过单丸粒覆盖率的计算，最终得到多丸粒喷丸的残余应力计算模型，实现对传动轴喷丸表面残余应力的快速预测。
总之，本发明能快速预测不同喷丸工艺条件下传动轴喷丸表面残余应力，大大缩短传动轴喷丸工艺设计周期，降低设计计算成本。

Claims (6)

1.一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤S1：通过霍普金森压杆实验获得传动轴典型材料的J-C本构模型；
步骤S2：基于传动轴典型材料的J-C模型研究该材料的弹塑性碰撞机理；
步骤S3：分析单丸粒碰撞过程中的应力变化及残余应力形成机理；
步骤S4：基于蒙特卡洛的覆盖率计算方法计算喷丸覆盖率；
步骤S5：基于材料硬化研究多丸粒喷丸残余应力计算模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测方法，其特征在于：所述步骤S1中，通过对传动轴典型材料的霍普金森压杆实验测定材料的动态应力应变曲线，获得材料的J-C本构模型，为接下来的材料碰撞机理研究提供基础。
3.根据权利要求1所述的一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测方法，其特征在于：所述步骤S2中，基于材料的J-C本构模型，分别从弹塑性加载角度对材料的碰撞机理进行研究，为接下来的分析单丸粒碰撞过程中的应力变化及残余应力形成机理提供基础。
4.根据权利要求1所述的一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测方法，其特征在于：所述步骤S3中，基于材料的弹塑性碰撞机理，从法向力及切向力产生的位移和应力着手，分析单丸粒碰撞过程中的应力变化及残余应力形成机理。
5.根据权利要求1所述的一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测方法，其特征在于：所述步骤S4中，基于单丸粒粒度等参数，建立单丸粒仿真模型得到单丸粒碰撞面积，基于蒙特卡洛的覆盖率计算方法，计算喷丸单丸粒覆盖率，并得到单位面积喷丸所需要的丸粒数量。
6.根据权利要求1所述的一种基于弹塑性碰撞的传动轴喷丸表面残余应力快速预测方法，其特征在于：所述步骤S5中，基于材料在喷丸过程中的冷作硬化现象，研究多丸粒喷丸过程的残余应力变化，并通过单丸粒覆盖率的计算，最终得到多丸粒喷丸的残余应力计算模型，实现对传动轴喷丸表面残余应力的快速预测。
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