引文摘要：针对弹簧材料，采用弹丸和靶材的弹塑性碰撞模型，模拟计算了不同喷丸参数对喷丸残余应力场的影响。结果表明，靶材表层的整体残余应力水平及其分布规律与X射线应力测试结果大致吻合。
一、 前言
在众多的机械零件中，弹簧材料的抗拉强度和屈强比几乎名列前矛，服役条件也十分苛刻，其质量和优劣直接影响着整机的性能。表面喷丸强化处理，是弹簧制造过程中的关键工序，可以有效提高弹簧的疲劳断裂抗力等。
随着计算机技术的发展，有限元分析软件经过不断扩充与改进，可以求解诸如金属成形以及高速碰撞等三维非线性力学问题。然而，目前有关喷丸强化模似计算方面的工作非常有限，主要是在处理弹丸与靶材的弹塑性碰撞问题时存在某些困难。
本文将针对弹簧材料，利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件，尝试采用弹丸和靶材的弹塑性碰撞模型，模拟计算不同覆盖率、弹丸速度及弹丸尺寸等参数对喷丸残余应力场的影响。
二、材料及试验方法
模拟碰撞体系包括弹簧钢靶材和高硬度钢丸，使用双线性各项同性硬化材料模型，靶材和弹丸的主要力学参料列于表中
屈服强度 Mpa | 弹性模量 Gpa | 加工硬化 Gpa | 泊松比 | 密度 g/cm3 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 靶材 | 1500 | 210 | 10 | 0.3 | 7.8 |
| 弹丸 | 2000 | 210 | 20 | 0.3 | 7.8 |
喷丸有限元计算模型，其对称面即XOZ面，采用ANSYS/LS-DYNA分析软件。为了模拟无限大三维实体，在模型的侧面和底面均施加非反射边界条件，可以防止应力波在边界处发生反射，以免影响到喷丸区域的计算结果。靶材上方有4层弹丸，显示动力分析单元，靶材模型尺寸12RX6RX10MM,R弹丸半径0.6-1mm,碰撞区域网格单元尺寸为0.1mm,单元数量约110000个。
四层弹丸叠加方式，利用该方法可以实现在靶材表面平均覆盖，即通过增加弹丸层数来实现100%的覆盖率。考虑到弹丸和靶材碰撞的实际情况，靶材上方4层弹丸被视为弹塑性体。分析过程中，弹丸内所有节点的自由度都耦合到其质量中心上，可以缩短显式分析计算时间。
下期文章将讨论实验测试的结果与总结。
