بررسی عددی تاثیر پارامترهای فرایند شات ‌پینینگ بر توزیع تنش‌ های پسماند با استفاده از مدل المان محدود سه‌ بعدی تصادفی

شات ‌پینینگ یک فرایند کار سرد است که برای افزایش عمر خستگی قطعات فلزی از طریق ایجاد تنش پسماند فشاری در سطح آنها بکار می‌رود. بررسی تجربی پارامترهای این فرایند بسیار مشکل و پرهزینه است؛ لذا معمولاً از روش المان محدود برای شبیه‌سازی و بررسی پارامترهای این فرایند استفاده می‌شود. بااین‌حال، اکثر مدل‌های اجزای محدود موجود قادر به توصیف حرکت تصادفی و واقعی جریان شات‌ها نیستند و از نظر مدل‌سازی تعداد شات‌ها نیز محدودیت دارند؛ بنابراین در این تحقیق در مرحله اول یک مدل المان محدود از فرایند شات‌پینینگ ارائه می‌گردد که قادر به شبیه-سازی حالت تصادفی و پر تعداد این فرایند است و در مرحله بعد توسط آن تاثیر پارامترهای مختلف این فرایند مانند اندازه، سرعت و زاویه پرتاب شات‌ها بر تنش پسماند بررسی می‌گردد. مطابق با نتایج به‌دست‌آمده، مقادیر بهینه برای اندازه قطر شات‌ها برابر 1/5 میلیمتر، برای سرعت پرتاب شات‌ها برابر با 100 متر بر ثانیه و برای زاویه پرتاب شات‌ها برابر با 90 درجه حاصل گردید. همچنین افزایش قطر شات‌ها بیشترین و افزایش زاویه پرتاب شات‌ها کمترین تاثیر را در افزایش مقدار و عمق تنش پسماند داشتند. در ضمن پارامتر مهم شدت شات‌پینینگ که معمولاً از طریق تجربی و توسط گیج آلمن اندازه‌گیری می‌شود، توسط این مدل و به‌صورت عددی اندازه‌گیری گردید. نتایج به‌دست‌آمده تطابق خوبی با نتایج تجربی حاصل از کار دیگر محققین داشت و لذا می‌توان از اعتبار مدل ارائه شده اطمینان حاصل نمود.

numerical investigation of the effect of shot peening parameters on the residual stresses using a random three-dimensional finite element model

shot peening is a cold working process that is used to increase the fatigue life of metal parts by creating compressive residual stress on their surface. the experimental investigation of the parameters of this process is very difficult and expensive, therefore, the finite element method is usually used to simulate and investigate the parameters of this process. however, most of the existing finite element models are not able to describe the real and random movement of the flow of particles and are also limited in terms of modeling the number of particles. therefore, in this research, in the first stage, a finite element model of the shot pinning process is presented, which is capable of simulating the random and numerous states of this process, and in the next stage, the effect of different parameters of this process such as the size, velocity and angle of throwing the balls on the residual stress is investigated. the result of these investigations led to finding the optimal values of these parameters, so that the optimal value for the diameter of the shots was 1.5 mm, for the velocity of the shots was equal to 100 m/s and for the throwing angle of the shots was equal to 90 degrees. also, the increase in the diameter of the shots had the greatest effect and the increase in the launch angle of the shots had the least effect in increasing the amount and depth of the residual stress. also, we were able to numerically measure the important parameter & shot peening intensity& which is usually measured experimentally by almen gauge using this model. the obtained results were in good agreement with the experimental results obtained from the work of other researchers and therefore the validity of the presented model can be assured.