Studien über Restspannungen und Oberflächentopografie nach pneumatischem Strahlbehandeln unter Verwendung eines gekoppelten Modells der diskreten Elementmethode und der Finite-Elemente-Methode

Nach dem pneumatischen Strahlbehandeln wird eine druckbelastete Restspannung auf der Oberfläche des Ziels induziert, die die Ermüdungslebensdauer verbessert. Während des Prozesses wird auch eine Oberflächenrauhigkeit induziert, die die Ermüdungslebensdauer verringern kann. Um die optimale druckbelastete Restspannung mit der kleinsten Oberflächenrauhigkeit zu erreichen, werden der Entstehungsmechanismus des Restspannungsfeldes und der Oberflächentopografie untersucht. Anschließend wird das pneumatische Strahlbehandeln durch ein gekoppeltes Modell der diskreten Elementmethode und der Finite-Elemente-Methode simuliert. Basierend auf den Auswirkungen von vier Variablen (dem Einfallswinkel θ, der anfänglichen Schussgeschwindigkeit v 0 , dem Schussradius R) und der Massendurchflussrate r m auf fünf Parameter (die äquivalente Plastizitätsdehnung, die äquivalente Spannung, die Oberflächen-Restdruckspannung, die maximale Restdruckspannung) wird die Oberflächenrauhigkeit untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Rest-elastisch-plastische Dehnung nach dem Aufprall eines einzelnen Schusses induziert wird, was einen Krater und ein halbkugelförmiges Restspannungsfeld bilden kann. Nach dem Aufprall vieler zufälliger Schüsse verbinden sich verstreute Krater miteinander, wodurch eine raue und kontinuierliche Oberflächentopografie entsteht. Verstreute Restspannungsfelder koppeln sich miteinander, und es bildet sich eine konstante Restspannungszone mit der druckbelasteten Restspannung an der Oberfläche und der ziehenden Restspannung im Untergrund. Alle fünf Parameter werden durch die Rest-elastisch-plastische Dehnung bestimmt, die mit der Erhöhung der normalen Aufprallgeschwindigkeit, der Schussmasse und der Abdeckungsrate zunimmt. Mit der Erhöhung von θ und r m steigen diese fünf Parameter zunächst an und fallen dann; mit der Erhöhung von v 0 und R steigen diese fünf Parameter. Daher sollten angemessene Werte von θ, v 0, R und r m gewählt werden, um die optimale druckbelastete Restspannung mit so kleiner Oberflächenrauhigkeit wie möglich zu erhalten.