● 摘要
钛合金质量轻，比强度高，在航空、航天等领域应用广泛，但钛合金结构件的疲劳失效问题越来越受关注。喷丸工艺可使钛合金构件抗高周疲劳能力明显提高，而喷丸工艺的数值模拟可以省时、省力的得到不同工艺参数的残余应力分布，有助于了解喷丸强化机理和喷丸工艺参数的制定。在冲击、碰撞等显示动力分析中，网格尺寸的大小决定计算的精度和计算时间。同时如何更精确的模拟弹丸与靶材碰撞之间的相互影响，使覆盖率达到100%，是喷丸有限元模拟的关键。另外，钛合金喷丸后的残余应力分布与喷丸工艺参数如喷射角度、喷射速度、弹丸直径等之间的关系是需要关注的问题。
本文的主要工作内容如下：首先考查了钛合金高应变率下的力学性能，选取合适的本构方程。其次，在弹丸模型的基础上，研究了弹丸网格尺寸和靶材网格尺寸对残余应力场和表面塑性应变的影响，在保证计算精度的前提下选取合适的网格尺寸。同时还利用弹丸模型对不同喷射角度和喷射速度进行了模拟，了解弹坑表面残余压应力和残余拉应力的大小及分布规律，为多弹丸模型的建立做准备。对常用的多弹丸模型进行计算，针对表面覆盖率不足、残余拉应力过大问题，提出按弹坑大小对弹丸进行三维空间密排。利用改进的多弹丸模型，对喷丸工艺参数喷射角度、喷射速度和弹丸直径进行模拟，得到残余应力场和弹坑大小的变化规律。
本文提出的网格尺寸选取准则和改进的多弹丸模型，对提高喷丸有限元模拟的精度具有一定的参考价值。此外，在覆盖率达到100%前提下得到的残余应力随喷丸工艺参数的变化规律可为现实喷丸工艺参数的制定提供一定的参考。