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基于抛喷丸随机模型的表面覆盖率计算方法

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基于抛喷丸随机模型的表面覆盖率计算方法

发布日期:2017-10-20 作者:履带抛丸机厂家 点击:

     摘 要: 为了揭示金属结构表面抛喷丸处理过程中覆盖率的变化规律,通过分析抛喷丸随机模型的建模流程及靶材的抛喷丸后形貌,利用 MATLAB 软件开发了基于抛喷丸随机模型的覆盖率计算程序,并将此与传统覆盖率计算方法进行了对比. 结果表明: 以直径为 1. 0 mm,速率为 50 m /s 的弹丸对构件进行抛喷丸处理,当弹丸数目 N < 20 时,新方法( MATLAB 法) 与传统方法( PEEQ 法和理论公式法) 的计算结果较接近; 随着弹丸数目的增加,在达到全覆盖之前,3 种方法的计算覆盖率为 CPEEQ > Cth > CMATLAB ; 全覆盖时,3 种方法所对应的弹丸数目分别为 100、140 和190。

     作为一种高效的表面处理工艺,抛喷丸主要是通过高速运行的弹丸撞击结构件,使得结构件表面形成微小的凹坑和隆起,发生永久塑性变形,致其表面以及内部产生不均匀的残余应力场. 这可以有效地抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,提高结构件的使用寿命,同时也改变了结构表面层的硬度、晶体类型、.

     粗糙度等表面特性由于抛喷丸工艺具有简便易行以及经济方面的优势,使得其在航空航天、汽车制造、核工业和土木工程等领域得到了广泛应用. 利用现场试验对抛喷丸工艺开展研究极其费时耗力,利用有限元软件对抛喷丸工艺进行模拟研究,则高效直观. 为了实现对抛喷丸过程的精确仿真,研究者们发展了多种抛喷丸模型,其中抛喷丸随机模型充分考虑了弹丸位置和冲击顺序的随机性,在抛喷丸数值模拟过程中被广泛采用 .本文由抛丸清理机厂家整理

     抛喷丸覆盖率在实际工程中便于检测,通常作为评价抛喷丸效果的一个综合指标. 为了实现数值模拟在假过程中覆盖率的计算,Kirk 和 Abyaneh 等设随机弹丸以恒定冲击率撞击在一个无限大的靶材表面的基础上,首先提出了用于计算抛喷丸覆盖率的理论公式,如式( 1) 所示:

Cth= 100% ×[1 - exp(-r2 Rt) ],( 1)

    式中: Cth为覆盖率的理论计算值; r 为弹丸撞击后表面凹坑的平均半径; R 为冲击率( 单位时间内落在单位面积上的弹丸数量) ; t 为抛喷丸时间.

Karuppanan 等随后提出了计算抛喷丸覆盖率的解析公式,如式( 2) :

Cth= 100% × [ 1 - exp (- 3r珋mt) ],( 2)

    式中:为弹丸的质量流动率; 珔为抛喷丸研究区域对应的空白面积; r 为弹丸的半径; ρs 为弹丸的密度.该式也假设随机弹丸以恒定冲击率撞击在靶材表面. Miao 等基于抛喷丸后数值模拟的结果,提    出了以凹坑位置竖向位移( U3 ) 为 0 处对应的等效塑性应变( PEEQ) 值作为判断是否抛喷丸覆盖的临界值,以此来计算覆盖率.以上抛喷丸覆盖率计算方法都建立在众多假设的基础上,计算结果难免存在误差,另外由于参与计算的参数较多,操作起来也较为复杂. 为了实现抛喷丸数值模拟时覆盖率快速准确的计算,文中基于最切合实际的抛喷丸随机模型建模方法,编写了抛喷丸表面覆盖率的 MATLAB 计算程序,并利用已有的计算方法对该方法的计算结果进行了对比,结果表明该方法在合理性和实用性方面具有较大优势.


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