基于犁犘犎结合犉犈犕的喷丸残余应力数值模拟

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1、第２８卷第５期中国表面工程Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．５２０１５年１０月ＣＨＩＮＡＳＵＲＦＡＣＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＯｃｔｏｂｅｒ２０１５ｄｏｉ：１０．１１９３３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７９２８９．２０１５．０５．０１１基于犛犘犎结合犉犈犕的喷丸残余应力数值模拟王利平，王建明，赵莉莉，吕鹤婷，刘兴睿（山东大学机械工程学院，济南２５００６１）摘要：针对以往有限元模型中弹丸数量较少且为规则阵列排布的缺陷，采用光滑粒子流体动力学法（Ｓｍｏｏｔｈｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ＳＰＨ）与有限元法（Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈ

2、ｏｄ，ＦＥＭ）相结合的方法，对喷丸过程进行数值模拟；使用ＭＡＴＬＡＢ对弹丸空间位置坐标进行随机化处理，形成了大量丸粒冲击工件表面的随机喷丸仿真模型。通过分析确定了喷丸饱和时间，研究了喷射角度、弹丸流量对残余应力场的影响。结果表明：在喷丸参数一定的条件下，存在相应的饱和喷丸时间；研究喷丸参数对残余应力的影响时，应在喷丸达到饱和时间之后提取残余应力值；喷射角度增大，残余压应力增大；开始时弹丸流量增大，残余压应力会有所增大，但当其达到饱和值后，残余压应力不再变化。关键词：喷丸强化；光滑粒子；流体动力学法；有限元法；残余应力场中图分类号：Ｔ

3、Ｇ６６８文献标志码：Ａ文章编号：１００７９２８９（２０１５）０５００７１０６犖狌犿犲狉犻犮犪犾犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀狊犳狅狉犚犲狊犻犱狌犪犾犛狋狉犲狊狊犉犻犲犾犱狅犳犛犺狅狋狆犲犲狀犻狀犵犅犪狊犲犱狅狀犛犘犎犆狅狌狆犾犲犱狑犻狋犺犉犈犕ＷＡＮＧＬｉｐｉｎｇ，ＷＡＮＧＪｉａｎｍｉｎｇ，ＺＨＡＯＬｉｌｉ，ＬＶＨｅｔｉｎｇ，ＬＩＵＸｉｎｇｒｕｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５００６１）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｐｒｅｖｉｏｕｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｓ，ｔｈｅ

4、ｎｕｍｂｅｒｏｆｓｈｏｔｓｉｓｉｎａｄｅｑｕａｔｅａｎｄｉｔｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｉｓｉｎａｒｅｇｕｌａｒａｒｒａｙ．Ｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｒｅｄｅｆｅｃｔｓ，ｔｈｅｓｍｏｏｔｈｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ（ＳＰＨ）ａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ）ｗｅｒｅｃｏｕｐｌｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．ＢｙＭＡＴＬＡＢｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｔｈｅｓｈｏｔｓｓｐａｃｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ，ａｒａｎｄｏｍｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇｍｏｄｅｌ

5、ｗｉｔｈｍａｎｙｓｈｏｔｓｉｍｐａｃｔｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｕｒｆａｃｅｗａｓｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇｓａｔｕｒａｔｉｏｎｔｉｍｅ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｍｐａｃｔａｎｇｌｅａｎｄｍａｓｓｆｌｏｗｏｎｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｎｔｈｅｇｉｖｅｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓａｔｕｒａｔｅｄｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇｔｉｍｅｅｘｉｓｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｖａｌｕｅｓｈｏｕｌｄｂｅ

6、ｅｘｔｒａｃｔｅｄａｆｔｅｒｒｅａｃｈｉｎｇｔｈｅｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇｓａｔｕｒａｔｅｄｔｉｍｅｉｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｉｍｐａｃｔａｎｇｌｅａｎｄｍａｓｓｆｌｏｗ，ｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｓｔｒｅｓｓｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｒｅｍａｉｎｓｕｎｃｈａｎｇｅｄｗｈｅｎｔｈｅｍａｓｓｆｌｏｗｒｅａｃｈｅｓａｃｅｒｔａｉｎｅｘｔ

7、ｅｎｔ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇ；ｓｍｏｏｔｈｅｄｐａｒｔｉｃｌｅ；ｓｍｏｏｔｈｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ（ＳＰＨ）；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ）；ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ０引言工件表面，使工件表层材料发生塑性变形，次表层材料发生弹性变形，因弹性变形部分要恢复其喷丸强化工艺主要用来提高金属工件的疲劳［１４］初始状态，对表层的塑性变形区将形成压缩作寿命。它利用球形硬化铸钢弹丸、钢丝切丸、玻璃弹丸或陶瓷弹丸以较高速度（２０～１００ｍ／ｓ）撞击用，这将在工件表层产生残

8、余压应力。该表层残收稿日期：２０１５０３０２；修回日期：２０１５０６２８；基金项目：国家自然科学基金（５１３７５２６７）通讯作者：王建明（１９６２－），男（汉），教授，博士；研究方向：喷丸强化技术、计算力学、多体动力学；犜犲犾：（０