【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及齿轮轮齿表面抗疲劳，具体涉及一种齿轮表面力学性能强化复合的仿真方法。
技术介绍
1、航空发动机中关重件高性能齿轮常工作于高功率、低密度工作环境下，因此这对齿轮传动性能、服役状态及疲劳寿命提出严苛要求。齿轮常见失效形式有齿根弯曲疲劳、齿面接触疲劳和齿面磨损等，这些失效形式都与齿轮的疲劳性能有关。齿轮疲劳性能制约着传动系统性能的突破。通过开展齿轮承载性能研究，有利于试验得出齿轮疲劳相关数据。开展齿轮表面强化性能分析有助于理论得出适合提高零件疲劳性能的方法。因而对加工制造后齿轮开展表面强化理论分析，提高相应表面完整性技术探究，建立表面完整性参数与齿轮承载性能疲劳数据之间联系十分重要。
2、常见齿轮表面强化方法有激光强化、喷丸强化、滚压强化等。激光强化通过调整激光入射角，冲击齿面，使齿面获得分布较大的残余压应力、较深的残余压应力层。喷丸强化通过压缩空气驱动丸粒冲击齿面，使齿面获得分布较大的残余压应力。
3、然而针对航空中高性能服役齿轮，单种强化工艺满足不了齿轮强化要求，复合强化工艺多数只进行了试验，因此急需开展齿轮复合强化工艺的表征方法探究。
技术实现思路
1、为了解决现有单一表面强化技术中存在效果不佳、复合强化工艺大量依靠经验等问题，本专利技术提供一种齿轮激光冲击—喷丸强化复合工艺表面力学性能仿真强化方法。它结合了激光强化与喷丸强化两种分析方法，首先理论分析复合工艺下残余应力变化问题，其次建立仿真分析模型，显示单一工艺与复合工艺的仿真分析过程，有助于
2、提供技术方案如下：一种齿轮表面力学性能强化复合的仿真方法，包括以下步骤：
3、步骤1、简化零件表面受到激光冲击、弹丸冲击强化的齿轮单齿三维模型，将三维模型导入有限元仿真计算平台，建立齿轮齿面齿根初始状态三维模型；
4、步骤2、建立单弹丸三维有限元仿真分析模型，使用步骤1建立的靶体初始状态三维模型，即齿轮齿面齿根初始状态三维模型，创建显示动力学分析步及接触关系，模拟单弹丸冲击齿面的过程，得到单弹丸冲击齿面后留下的弹坑，测量弹坑半径，并与理论计算弹坑半径结果进行对比；
5、步骤3、根据测量的弹坑半径，结合喷丸覆盖率avrami公式，计算得出单位面积覆盖率下的所需弹丸数量，建立靶体喷丸强化有限元仿真分析模型，使用显示动力学分析求解器分析随机弹丸冲击靶体的过程，得到喷丸强化后齿轮齿面齿根处的残余压应力，并与理论计算结果进行对比；
6、步骤4、重新建立一个新的有限元仿真计算平台，使用步骤1中建立的齿轮齿面齿根初始状态三维模型，结合激光冲击压力理论方程结合实际激光器性能参数，计算激光强化时需要的冲击压力，并与理论计算结果进行对比，使用fortran编程语言编写实际激光冲击强化压力方程，将johnson-cook本构方程嵌入到激光强化三维模型计算，创建多步骤显示动力学分析步，对齿根、齿面激光冲击处进行网格细化，建立靶体激光强化有限元仿真分析模型；
7、步骤5、使用步骤4建立的靶体激光强化有限元仿真分析模型，模拟计算激光压力冲击齿轮过程，得到激光冲击后齿轮齿面齿根处的残余压应力，并与理论计算结果进行对比；
8、步骤6、将步骤5仿真分析最后一个分析步、最后一帧结果以odb文件格式重新导入仿真模拟平台，使用python编程语言产生弹丸装配的随机位置，在齿面上方的三维空间生成喷丸区域内随即弹丸，而喷丸的个数取自步骤3的计算结果，建立激光冲击-弹丸冲击靶体的复合强化三维模型；
9、步骤7、使用显示动力学分析求解器分析复合强化工艺过程，仿真计算得到复合工艺后靶体表面残余压应力，并与理论计算结果进行对比，仿真结果使用python语言提取。
10、优选的，步骤3中，所述理论计算结果为基于接触力学理论结合球腔膨胀模型，计算弹丸撞击靶体后平面应力场。
11、优选的，步骤5中，所述理论计算结果为根据激光压力冲击原理计算激光强化下靶体表面残余应力场。
12、优选的，步骤7中，所述理论计算结果为将激光冲击强化后靶体残余应力作为喷丸前靶体表面的初始应力状态，计算所得的复合工艺强化后靶体表面残余应力状态。
13、本专利技术具有如下优点：
14、本专利技术使用激光冲击—喷丸强化复合工艺仿真分析，可得到连续工艺诱导表面强化顺序耦合仿真结果。该仿真方法分析步骤与实际试验开展步骤相匹配，仿真结果与实际试验结果规律相似，且该方法耗时较短，可以为具体试验开展提供参考，有利于激光冲击—喷丸强化仿真工艺进一步开展，与现有技术相比，本专利技术具有准确性高及效率高的特点，与单工艺相比，复合工艺的优势是提升了激光强化及喷丸强化的表面强化效果，改善了表面完整性参数结果，获得了激光强化与喷丸强化对齿轮齿根及齿面强化的工艺参数数据，加深了对复合工艺方法的认识，实际生产中满足齿轮齿面齿根表面完整性的要求。
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1.一种齿轮表面力学性能强化复合的仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种齿轮表面力学性能强化复合的仿真方法，其特征在于：步骤3中，所述理论计算结果为基于接触力学理论结合球腔膨胀模型，计算弹丸撞击靶体后平面应力场。
3.根据权利要求1所述的一种齿轮表面力学性能强化复合的仿真方法，其特征在于：步骤5中，所述理论计算结果为根据激光压力冲击原理计算激光强化下靶体表面残余应力场。
4.根据权利要求1所述的一种齿轮表面力学性能强化复合的仿真方法，其特征在于：步骤7中，所述理论计算结果为将激光冲击强化后靶体残余应力作为喷丸前靶体表面的初始应力状态，计算所得的复合工艺强化后靶体表面残余应力状态。
【技术特征摘要】
1.一种齿轮表面力学性能强化复合的仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种齿轮表面力学性能强化复合的仿真方法，其特征在于：步骤3中，所述理论计算结果为基于接触力学理论结合球腔膨胀模型，计算弹丸撞击靶体后平面应力场。
3.根据权利要求1所述的一种齿轮表面力学性能强化复合的仿真方...
【专利技术属性】
技术研发人员：李政民卿，席荣盛，于晓峰，盛伟，张传梅，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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