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基于ANSYS 40Cr钢磨削淬硬层残余应力的研究

2015-11-27李梅竹

精密制造与自动化 2015年3期
关键词:有限元分析

李梅竹



基于ANSYS 40Cr钢磨削淬硬层残余应力的研究

李梅竹

(陕西广播电视大学工程管理教学部 西安710119)

以40Cr钢磨削淬硬层残余应力为研究对象,建立合理的应力场数学模型,然后介绍了应力场的分析过程,在磨削淬硬层试验的基础上,基于ANSYS软件对40Cr钢淬硬层残余应力进行了分析,得出了淬硬层残余应力的性质、大小及沿工件深度方向的分布情况。

磨削淬硬 残余应力 ANSYS 40Cr钢

磨削淬硬层残余应力作为衡量淬硬层质量的性能指标之一,直接影响零件的强度、疲劳寿命、抗腐蚀性能和尺寸稳定性[1,2]。淬硬层残余应力的研究对于有效的控制淬硬层质量,促进磨削淬硬工艺的发展与应用具有重要的意义。目前,对淬硬层残余应力的研究较少,而且大都局限于试验研究[3,4]。本文在磨削淬硬试验的基础上,基于ANSYS软件对40Cr钢淬硬层残余应力进行了分析,得出了淬硬层残余应力的性质、大小及沿工件深度方向的分布情况。

1 有限元分析

磨削淬硬层残余应力是热作用、机械作用和相变三方面综合作用的结果。它们之间的耦合关系复杂、牵涉面广,结合温度场传热计算、有限元数值方法和热弹塑性力学等学科的研究成果,建立合理的理论计算模型是最为关键的环节。

1.1 应力场的数学模型

材料处于弹性或塑性状态的应力应变关系为:

式中,[]为弹性或塑性矩阵;{}为与温度有关的向量。

考虑结构的某一单元,由如下平衡方程:

式中,[]为联系单元中应变与节点位移向量的矩阵。……

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