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噴丸強化是一種能提高工件表面疲勞壽命的工藝。它通過大量彈丸介質以高速反復撞擊工件表面，在工件表面形成均勻殘余壓應力層。該殘余壓應力層可抵消工件表面的拉應力，從而有效阻止裂紋的萌生和擴展，顯著提高工件疲勞壽命，被廣泛應用于航空、軍工、汽車等領域。因實驗方法耗時耗力，且所用的阿爾門試片不能精確反應殘余壓應力的大小和分布。
隨著計算機技術和有限元分析技術的發(fā)展，已出現許多基于有限元法研究噴丸殘余應力的數值模型。通過建立單丸粒對稱模型，對塑性變形工件進行了仿真通過建立單丸粒動力學模型，研究了彈丸和靶材尺寸對塑性應變及殘余應力的影響，利用多丸粒對稱模型對噴丸強化過程進行了系統(tǒng)的分析。凌祥等建立了模擬噴丸殘余應力場的三維有限元模型。路會龍等分別建立單、多丸撞擊模型，指出彈丸撞擊速度存在最優(yōu)值。張洪偉等利用有限元軟件分別建立單、多丸對稱胞元模型，利用單丸模型研究彈丸速度、直徑、入射角，摩擦系數和重復撞擊次數對殘余應力及塑性應變的影響，通過分別取個彈丸建立對稱胞元模型，分析不同覆蓋率對殘余應力場的影響。上述有限元模型僅涉及單丸或數量有限的多丸，屬微觀模型，與采用大量彈丸反復撞擊工件表面的實際噴丸過程存在明顯差異。
采用耦合方法針對高強度鋁合通過顯式動力分析軟件，進行了大量彈丸反復撞擊工件表面的噴丸強化過程數值模擬，基于兩類不同材料屬性的粒子模擬彈丸流，研究了彈丸速度、噴丸時間等對噴丸殘余應力的影響以及工件表面各典型位置處殘余應力的分布規(guī)律，數值模型的建立兩類，粒子均勻混合模型。采用兩種粒子分別表示空氣和離散彈丸，其中，空氣對應的粒子采用常規(guī)氣體狀態(tài)方程，彈丸對應的粒子采用離散固體的狀態(tài)方程。兩類粒子間的相互作用通過形函數的特殊定義實現，即在表示粒子形函數的相鄰粒子支持域中可包含兩類不同性質的粒子。
針對有限元法難以模擬大量彈丸群集撞擊的噴丸過程，采用耦合法進行了噴丸過程數值建模與分析。仿真結果如下：
(1) 最大殘余壓應力值及所在次表層深度均隨彈丸速度的增加而增加。故應根據最大殘余壓應力及應力層的深度要求合理選擇噴丸速度。
(2) 開始時，隨著噴丸時間的增加，最大殘余應力值增大，達到一定時間后，繼續(xù)增加噴丸時間，殘余應力變化甚微，最大殘余壓應力的變化幅度小于，達到噴丸飽和狀態(tài)。
(3) 彈坑中心點處最大殘余壓應力值較高且位于次表層，兩坑交匯處的最大殘余壓應力值較中心點低且其次表層深度較淺，未受撞擊點處的最大殘余壓應力發(fā)生在表面上。
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