摩擦因数与弹丸形变对超声喷丸纯铜的影响研究

在已有的超声喷丸有限元模型中,绝大多数都忽略了弹丸的弹性、塑性变形对数值模拟结果的影响。同时,关于弹丸表面与受喷材料表面之间的摩擦因数对超声喷丸数值预测结果的影响规律,目前也鲜有报道。为此,以纯铜试样为研究对象,结合超声喷丸实验和数值模拟过程,研究了摩擦因数与弹丸形变对超声喷丸纯铜的影响规律。首先,基于ABAQUS平台建立了单丸粒超声喷丸三维有限元模型;然后,设计了单丸粒超声喷丸实验,依据实验条件分析了喷丸距离对速度的影响,将实验工况输入仿真模型,并分别从弹丸速度、凹坑形貌两方面比较了实验与仿真结果;最后,分别采用刚性丸、弹性丸、弹塑性丸,在摩擦因数为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5的工况下,对纯铜试样进行了超声喷丸数值模拟,对受喷表面的形貌、残余应力进行了分析。研究结果表明:当弹丸与纯铜表面之间的摩擦因数大于0.2时,摩擦因数对超声喷丸纯铜形成的凹坑形貌和残余应力的影响不再显著;超声喷丸纯铜形成的凹坑尺寸、残余压应力深度、最大压应力和表面残余拉应力随弹丸与纯铜之间接触刚度的增大而增大。该研究结果对超声喷丸的数值建模具有重要的指导意义。