大量弹丸随机分布的薄壁件喷丸强化形变仿真

作者：周文龙; 王淼; 孙一帆; 李志强; 陈国清; 付雪松^*

来源：航空制造技术, 2022, 65(15): 14-22.

DOI：10.16080/j.issn1671-833x.2022.15.014

• 喷丸强化
• 数值模拟
• 随机弹丸
• 残余应力
• 表面粗糙度

利用有限元与离散元（FEM–DEM）耦合方法对薄壁件喷丸强化过程中的形变特征进行了仿真，建立以Almen试片为对象的大量弹丸随机分布喷丸强化模型，并采用喷丸试验进行验证。模型中平直薄壁试片经随机弹丸喷丸强化后呈弧状向上翘曲，形变特征与实际Almen试片喷丸形变一致，当喷丸气压由0.07 MPa增加至0.11 MPa时，模拟弧高由0.340 mm增加到0.521 mm，弧高值模拟准确率可达95%；随机喷丸强化在Almen试片表面引入的残余应力场沿深度方向呈“S”形倒钩状分布，随着喷丸气压的增大，模拟得到的表面残余压应力由–400 MPa左右增大到–700 MPa左右，与试验测试结果最大误差为11.31%;Almen试片表面粗糙度Ra随喷丸气压增加而增加，模拟粗糙度值由0.476μm增加到0.630μm，模拟最大误差为6.78%。经过对比验证，构建的模型仿真结果与喷丸试验吻合度较高。FEM–DEM耦合随机喷丸模型能够较好地模拟薄壁件形变、残余应力场和表面粗糙度的变化规律。

• 单位
  中国航空制造技术研究院; 大连理工大学