Residual Stress Field Prediction in Shot Peened Mechanical Parts with Complex Geometries

In order to introduce automatically the residual stresses field into a Finite Element model with complex geometry, a PYTHON code has been developed and linked to the software ABAQUS. A comparison between modelling and experiment is carried out by using X-ray diffraction analysis to determine the in-depth residual stress state of Ni-based alloy samples after shot peening

Modélisation des contraintes résiduelles de grenaillage dans les pièces à géométrie complexe

Le procédé de grenaillage est un traitement superficiel utilisé pour la finition des composants métalliques. Il a pour objectif d'augmenter la durée de vie en fatigue des pièces traitées. Pour comprendre et modéliser l'impact du grenaillage sur la durée de vie des composants mécaniques, il est indispensable de connaître l'état mécanique, après grenaillage. Ce procédé introduit, en surface de la pièce, des déformations plastiques et des contraintes résiduelles. Des travaux ont montré qu'il est possible d'établir des relations analytiques entre ces deux grandeurs pour des géométries simples. Toutefois, ces relations ne sont pas valables dans le cas de géométries complexes. Le recours aux éléments finis est indispensable. Grâce à un exemple, des dents d'engrenage, pour lesquelles la détermination des contraintes résiduelles par méthode expérimentale est complexe, nous proposons un modèle prédictif sur géométrie complexe

Residual stress field prediction and fatigue post processing for shot peened mechanical parts with complex geometry

Even when properly controlled, shot peening treatment may induce a complex residual stresses (RS) field depending on the geometry of the treated part. Hence, among the variables which affect the fatigue behaviour of shot peened components, the geometry could play a major role. The more widespread method for predicting RS after shot peening consists in modelling the process by simulating the impacts between the shot and the treated part. When the geometry become complex, this method is not consistent with industrial constraints in terms of computing time. Thus the need is to develop a methodology in order to generate the RS field into a shot peened mechanical part with complex non flat geometries, and consequently predict the lifetime in a high cycle fatigue (HCF) regime

Simulation of shot peening: From process parameters to residual stress fields in a structure

Manufacturing industries perform mechanical surface treatments like shot peening at the end of the manufacturing chain to protect important working parts. This treatment modifies the near surface of the treated part with the introduction of compressive residual stresses due to the repeated impacts of the shot. Then, the treated part exhibits, not only a longer life, but also a better fretting behavior, an improved resistance to corrosion… The objective of the present paper is first to study the relation between the process parameters and the material state (residual stress and plastic variables…) for a complex geometry. Next, a numerical tool is proposed, able to predict this material state in a time frame that is consistent with industrial constraints. The originality of the proposed approach thus consists in the chaining of the different steps. The first step is to choose the process parameters for the shot peening process considering conventional or ultrasonic shot peening and model the shot dynamics for a complex geometry. Once the impact velocity field is known, the objective is to compute the local incompatible plastic deformation field due to the repeated impacts using analytical methods. Then, a finite element model is used to compute the residual and deformation fields in the considered mechanical part. The complete method has been performed on the model of a gear, a mechanical part that is most often shot peened and exhibits a complex geometry

Étude de l’impact du grenaillage sur des composants mécaniques industriels à géométrie complexe

Most manufacturing industries perform mechanical surface treatments at the end of the manufacturing chain to reinforce relevant working parts. Shot peening is probably the most common of those processes. This treatment induces compressive residual stresses by generating in-depth plastic strains. The objective of this work is to understand and predict the effect of the geometry on the redistribution of residual stresses into shot peened mechanical parts. Indeed, even when properly controlled, shot peening treatment may induce a complex residual stress field depending on the geometry of the treated part. Hence, among the variables which affect the fatigue behaviour of shot peened components, the geometry could play a major role. Because the traditional approaches for the modelling of residual stresses are not convenient for complex non-flat geometries and not consistent with industrial constraints in terms of computing time, a methodology based on the Eigenstrains Reconstruction Method is proposed. The developed approach is built with analytical relationships for massive and plane geometries homogeneously treated. The main contribution lies in the capacity to provide a comparison between modelling and experiment. Experimental data are obtained by microstructural observation and by X-ray diffraction analyses, which are carried out on Ni-based superalloy samples with elementary complex geometries (thin sheets, convex and concave shapes). In addition, this study aims to take into account the effect of the rebalanced residual stresses for fatigue life prediction. Thus, using a Crossland criterion for high cycle fatigue regime, the complete methodology is applied on industrial demonstrator samples with complex geometry.Les traitements de surface mécaniques sont appliqués dans la plupart des secteurs industriels comme procédé de finition afin de renforcer les propriétés des composants métalliques. Le grenaillage de précontrainte est probablement l’un des plus répandu. Ce procédé introduit des contraintes résiduelles de compression en générant un gradient de déformation plastique dans la profondeur de la pièce traitée. L’objectif de ce travail est de comprendre et prédire l’effet de la géométrie des composants sur la redistribution des contraintes résiduelles post-grenaillage. En effet, même lorsqu’elle est maîtrisée, l’opération de grenaillage peut générer un champ de contraintes résiduelles complexe qui dépend fortement de la géométrie de la pièce. Par suite, parmi les paramètres influents sur le comportement en fatigue des composants grenaillés, le paramètre géométrique peut donc avoir un rôle majeur. Puisque les approches conventionnelles de modélisation ne sont pas transposables aux géométries non planes, et ne sont pas conformes aux contraintes industrielles en termes de temps de calcul, une méthodologie basée sur la Méthode de Reconstruction des Eigenstrains est proposée. L’approche développée est construite à partir de relations analytiques pour des massifs plans traités de façon homogène. La principale contribution est la comparaison entre modélisation et expérimentation. Les données expérimentales sont obtenues à partir d’analyses de la microstructure et par diffraction des rayons X réalisées sur des échantillons d’un superalliage base nickel, pour plusieurs géométries complexes élémentaires (plaques minces, formes convexes et concaves). Par ailleurs cette étude vise à prendre en compte l’effet des contraintes résiduelles équilibrées sur la durée de vie en fatigue. A partir du critère de fatigue multiaxial de Crossland, la méthodologie complète est appliquée à des démonstrateurs industriels à géométrie complexe

Effect of shot peening on industrial mechanical components with complex geometry

Les traitements de surface mécaniques sont appliqués dans la plupart des secteurs industriels comme procédé de finition afin de renforcer les propriétés des composants métalliques. Le grenaillage de précontrainte est probablement l’un des plus répandu. Ce procédé introduit des contraintes résiduelles de compression en générant un gradient de déformation plastique dans la profondeur de la pièce traitée. L’objectif de ce travail est de comprendre et prédire l’effet de la géométrie des composants sur la redistribution des contraintes résiduelles post-grenaillage. En effet, même lorsqu’elle est maîtrisée, l’opération de grenaillage peut générer un champ de contraintes résiduelles complexe qui dépend fortement de la géométrie de la pièce. Par suite, parmi les paramètres influents sur le comportement en fatigue des composants grenaillés, le paramètre géométrique peut donc avoir un rôle majeur. Puisque les approches conventionnelles de modélisation ne sont pas transposables aux géométries non planes, et ne sont pas conformes aux contraintes industrielles en termes de temps de calcul, une méthodologie basée sur la Méthode de Reconstruction des Eigenstrains est proposée. L’approche développée est construite à partir de relations analytiques pour des massifs plans traités de façon homogène. La principale contribution est la comparaison entre modélisation et expérimentation. Les données expérimentales sont obtenues à partir d’analyses de la microstructure et par diffraction des rayons X réalisées sur des échantillons d’un superalliage base nickel, pour plusieurs géométries complexes élémentaires (plaques minces, formes convexes et concaves). Par ailleurs cette étude vise à prendre en compte l’effet des contraintes résiduelles équilibrées sur la durée de vie en fatigue. A partir du critère de fatigue multiaxial de Crossland, la méthodologie complète est appliquée à des démonstrateurs industriels à géométrie complexe.Most manufacturing industries perform mechanical surface treatments at the end of the manufacturing chain to reinforce relevant working parts. Shot peening is probably the most common of those processes. This treatment induces compressive residual stresses by generating in-depth plastic strains. The objective of this work is to understand and predict the effect of the geometry on the redistribution of residual stresses into shot peened mechanical parts. Indeed, even when properly controlled, shot peening treatment may induce a complex residual stress field depending on the geometry of the treated part. Hence, among the variables which affect the fatigue behaviour of shot peened components, the geometry could play a major role. Because the traditional approaches for the modelling of residual stresses are not convenient for complex non-flat geometries and not consistent with industrial constraints in terms of computing time, a methodology based on the Eigenstrains Reconstruction Method is proposed. The developed approach is built with analytical relationships for massive and plane geometries homogeneously treated. The main contribution lies in the capacity to provide a comparison between modelling and experiment. Experimental data are obtained by microstructural observation and by X-ray diffraction analyses, which are carried out on Ni-based superalloy samples with elementary complex geometries (thin sheets, convex and concave shapes). In addition, this study aims to take into account the effect of the rebalanced residual stresses for fatigue life prediction. Thus, using a Crossland criterion for high cycle fatigue regime, the complete methodology is applied on industrial demonstrator samples with complex geometry

Caractérisation et modélisation des contraintes résiduelles de grenaillage dans les pièces à géométrie complexe

International audienc

Influence of daily physical activity on fine motor skills of adults around a Fitts task

International audienceIntroduction : Achieving our daily tasks depends on the speed-accuracy conflict. Physical activity plays a role in the development of our motor skills. However, the relationship between physical activity level (PAL) and fine motor skills remains largely unexplored. Aim : Our aim was to examine the relationship between the amount of daily physical activity and the performance of healthy adults in a reciprocal aiming task. Materials and methods : Eighty-seven healthy adults completed a reciprocal aiming task using a digital tablet. Four difficulty levels (3-6, determined by target width) and 50 scores for each level were performed using both hands. Movement time, error rate, and performance index were analyzed. PAL was measured using the Global Physical Activity Questionnaire. Spearman correlations and nparLD analysis were used in R Studio to explore the influence of physical activity level, difficulty index on individuals’ performances. Results : Apart from a correlation between PAL and motor performance at the easiest level ( r =0.23, p =0.002), there was no correlation between PAL and fine motor performance. Conclusions : The results of our study did not indicate any significant major correlations between daily PAL and fine motor performance except when the constraints of a reciprocal aiming task are the lowest. Further work is needed to consider the use of the reciprocal Fitts task in a clinical setting

Investigation of relevant experimental parameters for the description of work-hardening in shot peened materials

International audienc