SPH耦合有限元法模拟喷丸残余应力场研究

"基于SPH耦合有限元法的喷丸残余应力场数值模拟 (2010年)，作者：刘飞宏，王建明，余丰，张刚，发表于《山东大学学报(工学版)》" 这篇论文探讨了在喷丸强化工艺中的残余应力场数值模拟问题。喷丸强化是一种常见的表面处理技术，通过高速弹丸撞击工件表面，以产生残余压应力，从而提高工件的疲劳强度和耐腐蚀性。然而，传统的有限元方法（FEM）在模拟大量弹丸反复冲击工件的过程中存在局限性。 为了解决这一问题，研究者采用了光滑粒子流体动力学法（SPH）耦合有限元法。SPH是一种无网格的数值方法，尤其适合模拟非结构化、动态变化的问题，如弹丸冲击。在此模型中，工件用FEM建模，其结构稳定且适合静态分析，而弹丸则用SPH建模，能够更好地捕捉其运动轨迹和碰撞效应。通过特定的接触算法，实现了SPH和FEM之间的耦合，使得弹丸与工件的相互作用得以准确模拟。 论文提出了弹丸流的材料模型，这有助于理解弹丸撞击工件时的能量传递和变形机制。研究者还分析了各种参数，如弹丸打击次数、覆盖率和弹丸速度，对工件表面残余压应力分布和能量利用率的影响。结果显示，随着弹丸打击次数的增加，残余压应力分布逐渐稳定；高覆盖率可以优化表面残余压应力分布，而低覆盖率可能削弱喷丸效果；弹丸速度的提高虽然可加深残余应力层和增大最大残余压应力，但也可能导致能量利用率下降。 通过与实验数据的对比，论文验证了所建立的仿真模型和结果的准确性。该研究为喷丸强化工艺的优化提供了理论支持，对于工程实践中控制和预测工件的残余应力状态具有重要意义。关键词包括喷丸强化、SPH耦合有限元、弹丸流材料模型，涉及的学科领域包括工程技术、材料科学以及计算力学。