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基于正态分布的GCr15轴承钢强化研磨残余应力场数值模拟

         
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目的 探索强化研磨不同工艺参数下定点喷射对GCr15轴承钢残余应力场的影响规律。方法 采用图像处理技术分析了不同工艺参数下强化研磨定点喷射表面覆盖率的分布特征。采用二维正态分布函数描述强化研磨定点喷射下钢珠的分布特征,运用Python/Opencv确定了在不同工艺参数下有限元模型所需的钢珠数量,基于Abaqus/Python构建出强化研磨正态分布有限元模型。运用所建立的正态分布模型分析不同喷射速度、钢珠直径及覆盖率对残余应力场的影响。结果 当喷射速度从45 m/s增加到70 m/s时,表面残余压应力从-683.5 MPa增加到-902.4 MPa,最大残余压应力从-981.6 MPa增加到-1330.6 MPa,残余压力层厚度从89μm增加到151μm,最大残余压应力深度从30μm移动到70μm。当钢珠直径从0.4 mm增加到1.0 mm时,表面残余压应力先增大后减小,最大残余压应力从-1063.5MPa增加到-1240.7MPa,最大残余压应力深度从30μm增加到60μm,残余压应力层厚度从103μm增加到147μm,其中钢珠直径从0.8 mm增加到1.0mm,最大残余压应力保持不变。当喷射覆盖率从100%到300%时,表面残余压应力、最大残余压应力及最大残余压应力深度略有增加,残余压应力层厚度几乎保持不变。将正态分布模型、随机分布模型仿真值与实验值进行比较,发现三者的表面残余压应力、最大残余压应力深度及残余压应力厚度几乎一致,最大残余压应力随机分布模型的仿真值比实验值高32.1%,正态分布模型的仿真值比实验值高18.9%。结论 强化研磨正态分布有限元模型能够较为准确地预测残余应力变化过程,能够为强化研磨工艺参数优化提供一定的指导。

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