现代喷丸强化及阿尔门强度的Abaqus仿真研究

喷丸强化作为一种成本低，适用范围广的表面强化技术一直有着不错的生命力。在实际工程中，喷丸强度的覆盖率和阿尔门强度均是通过试片试喷完成的，但是有限元仿真工作者们也一直没有放弃使用计算机辅助技术来实现更低技术成本，更方便快捷的喷丸结果预测。

通常来说模拟喷丸过程有如下几种套路：

1. 单粒实体（或有质量的刚性壳体，下同）弹丸冲击平面靶材，适用于机理研究，合理的计算时间较短，一般在几分钟到几十分钟之间。
2. 多粒规则排布实体弹丸冲击平面靶材，适用于机理研究，残余应力分布研究，合理的计算时间随弹丸数量的增加而增加，一般在1~5小时左右。
3. 多粒随机排布实体弹丸冲击平面靶材，适用于机理研究，残余应力分布研究，覆盖率研究，表面粗糙度研究。如果专注于残余应力研究，此方法相比方法2并无明显优势，反而要花费不少时间在前处理上。此方法合理的计算时间随弹丸数量的增加而增加，通常达到100%覆盖率和较均匀的应力分布时，再附加一小段稳定应力波动的时间，随后即可停止计算，根据通常计算规模，计算时间从几小时到几十小时不等。
4. 离散元模拟弹丸冲击任意形状靶材，适用于残余应力分布研究，喷丸成形研究，覆盖率研究，表面粗糙度研究。仿真过程较为接近真实工艺，但是由于计算时间的约束，无法模拟真实工程中几十秒到几分钟的大时间跨度过程。只能在合理的范围内，对工艺时间进行大比例的压缩。
5. 等效方法（温度等效法，压力层法等等），此类方法适用于宏观变形和应力的研究，而且往往是在获取大量实验数据之后才能进行有意义的等效。无法研究覆盖率，表面粗糙度等表面完整性指标。但是胜在可以使用隐式分析，计算时间较短，可能是五种方法里最短的。不过对于复杂形状的工件，其前处理较为繁琐。

综上分析，方法4在研究范围上最为广泛，较为适合研究机构和高校的研究工作。近年来随着有限元软件的进步，也逐渐变成一种常规手段。通过和脚本结合，可以实现大规模的参数试算和数据分析工作。本人之前曾经发布过方法3的仿真过程帖子，将其称为“古典”喷丸，那么与之相对应，不妨将方法4称为“现代”喷丸方法。如下是使用“现代”方法模拟阿尔门强度/覆盖率/残余应力形成的过程的短小示例：

阿尔门强度（弧高，也即试片在试片原法向上产生的最大位移偏差，注意不同的强度需使用不同规格的试片，不能“一片走天下”）：

覆盖率（具体数值要通过脚本提取计算获得，超过100%的覆盖率应通过按比例延长喷丸时间获得）：

残余应力的形成（如对残余应力沿层深分布要求较高，应加密网格，同时缩短分析步时长）：

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