喷丸强化数值分析模型

喷丸强化数值分析模型；

1、 喷丸强化 残余应力场；喷丸强化使工件表面产生不均匀的弹、塑性变形，其结果除在表面留下凹穴外，主要是形成表层残余压应力场，以提高疲劳寿命。要直接完全模拟上述物理过程是不可能的，但喷丸强化是许多单个弹丸冲击靶体的过程，是众多弹丸冲击作用的累积，单个弹丸冲击靶体的过程模拟是喷丸强化模拟的基础。

喷丸强化过程是这种高度瞬态冲击动力学接触问题的求解，需采用显式动力有限元算法，以获得最终形成的残余应力场。影响残余应力场的因素很多，包括弹丸速度、弹丸大小、入射角度及覆盖率等，单丸粒模型可用于模拟丸粒作用区域的残余应力场及塑性应变的变化，并进行参数化研究，揭示各工艺参数与残余应力场分布之间的关系。

2、单丸粒有限元模型建立；由于弹丸及试件材料的对称性，取1/4模型进行分析计算。在对称面上施加对称边界条件。数值访真需要的模型为半无限大三维实体模型，为模拟半无限大三维实体，需要在此模型的侧面及底面施加无射边界条件，防止应力波在边界外发生反射。

模型尺寸根据文献选择为7R*5R*4R。其中R为弹丸的半径，分析单元选择8节点缩减积分显示实体单元Solid164.

在喷丸碰撞三个坐标方向选择2R长度区域，将网格细化，单元尺寸为0.05mm。其他远离喷丸撞击区域，网格适当较粗，单元尺寸为0.3mm。模型全部单元为39816个。

3、试样材料模型；分析所用试件材料为航空铝合金板7075，假设工件为弹塑性材料，选择双线性强化本构模型描述材料特性，力学性能参数参数为；弹性模量71GPa，密度2600kg/m3，泊松比0.3，屈服应力450MPa，硬化模量250Mpa.

在实际喷丸强化过程中，通常采用刚性弹丸，强度、硬度都要高于目标板材，不会发生较大的变形，可选用刚性体来模拟弹丸，提高计算效率。