混合水射流冲击强化不同几何特征表面的研究

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1、学校代码10459学号或申请号密级专业硕士学位论文混合水射流冲击强化不同几何特征表面的研究作者姓名：张远西导师姓名：李大磊教授贺占蜀副教授专业学位名称：工程硕士培养院系：机械工程学院完成时间：2018年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterInvestigationofabrasivewaterjetpeeningonsurfaceswithdifferentgeometricalfeaturesByYuanxiZhangSupervisor:Prof.DaleiLiAssociate.

2、Prof.ZhanshuHeMechanicalEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringMay2018学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：2018年5月26日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学

3、位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：2018年5月26日摘要摘要混合水射流冲击强化技术是一种表层改性技术，其利用混合射流束中的丸粒喷射到金属零部件表面，使零部件表层材料在再结晶温度下产生塑性形变，呈现理想的组织结构（组织强化）和残余应力

4、分布（应力强化），从而提高金属零部件的疲劳寿命。与传统喷丸不同，混合水射流能够通过单丸粒实现局部强化，这为强化齿根、轴肩等复杂狭窄且存在高应力集中的不同几何特征表面提供了可能。因此，本文以具有不同几何特征表面的靶材为对象，研究混合水射流冲击工艺参数以及靶材的几何参数对冲击强化效果的影响，本文的主要工作和结论如下：（1）分别建立了混合水射流冲击强化具有不同几何特征表面（凹槽面、凹坑面、圆柱面、球面）的靶材所形成残余应力的数学模型，并通过有限元模拟对数学模型进行验证。结果表明所建数学模型能准确计算混合水射流冲击强化具有不同几何特征表面的靶材所形成的残余应力。（2）采用A

5、BAQUS软件建立了混合水射流冲击强化平面靶材的有限元模型。研究了丸粒速度、丸粒半径和丸粒搭接率对靶材残余应力场和表面形貌的影响规律。研究发现，随着丸粒速度的增大，靶材表面残余压应力scrs、残余压应力最大值mcrs和残余压应力层深度z0均随着丸粒速度增大，先增大然后保持不变，最大残余压应力深度zm变化较小。随着丸粒半径增大，z0和zm增大，但scrs和mcrs几乎不变。可以通过设置合理的丸粒搭接率，在靶材表层获得较为均匀的残余压应力层。此外，增大丸粒速度和半径都会在靶材表面形成较大较深的弹坑，而提高丸粒搭接率，有利于减轻弹坑对靶材表面形貌的影响。（3）采用

6、ABAQUS软件分别建立了混合水射流冲击强化具有不同几何特征表面（凹槽面、凹坑面、圆柱面、球面）的靶材的有限元模型。研究了曲率半径对不同几何特征的靶材的残余应力场的影响规律。研究发现，冲击强化球面和圆柱面靶材时，随着靶材半径的增大，scrs、mcrs、zm和z0逐渐增大，而zm变化较小。冲击强化凹坑面和凹槽面靶材时，随着靶材半径的增大，scrs、mcrs、zm和z0均逐渐减小，而zm变化较小。（4）当丸粒速度、丸粒半径和靶材的曲率半径相同时，单丸粒和多丸粒冲I摘要击强化不同几何特征靶材形成的残余应力场的scrs、mcrs、zm和z0大小顺序为凹坑面、凹槽

7、面、平面、圆柱面、球面。当不同几何特征靶材的曲率半径较小时，冲击强化形成的残余应力场与冲击强化平面靶材形成的残余应力场差别较大，当靶材半径较大时二者基本相同。关键词:混合水射流残余应力几何特征数学模型有限元模拟IIAbstractAbstractAbrasivewaterjetpeening(AWJP)isasurfacemodificationtechnologybyusingtheshotofabrasivewaterjettoimpactthesurfaceofmetalliccomponents,causingthesurfacematerialtoex