基于温度场的等效喷丸数值模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种基于温度场的等效喷丸数值模拟方法，属于喷丸成型领域。包括：建立壁板零件的温度场模型和单弹丸撞击模型；温度场模型中，包括一个均匀温度场和一个温度梯度；温度梯度的深度是等效塑性层厚度，温度梯度的宽度是喷丸有效窄带宽度；等效塑性层由单弹丸模型获得；单弹丸模型中，不同的喷丸参数对应不同的等效塑性层；按照规划的喷丸路径对平板坯料进行温度场加载；温度场模型对板料的弯曲效果可以通过喷丸实验进行验证。优点在于：极大地缩短了数值模拟计算时间，快速计算喷丸成型整体效果，制定喷丸工艺优化方案，从而能够在很大程度上避免了实际生产中常用的试错方法。

【技术实现步骤摘要】
基于温度场的等效喷丸数值模拟方法
本专利技术涉及喷丸成型领域，特别涉及一种基于温度场的等效喷丸数值模拟方法。
技术介绍
喷丸成型因不需要成形模具，适用于各种复杂曲率零件，且成形后残余应力可强化零件表面的优势，广泛应用于现代飞机整体壁板零件制造中。目前，这一工艺已成为国内外制造机翼壁板首选的成形方法。喷丸成型工艺的宏观效果实际上是由大量的喷丸撞击作用累积而成，在喷丸成形工艺过程中，喷丸成形的宏观效果是我们最为关注的。在喷丸成型工艺数值模拟方法中，为了得到宏观变形，最为直观的想法是通过依次计算各个弹丸的撞击作用而得到大量弹丸对其撞击作用产生的工件变形。这种数值模拟方法最大的缺陷在于：在现有的数值计算条件下，模拟过程是从单个喷丸作用依次外推演算，而实际零件喷丸成形所需的弹丸数量巨大，使得整个分析模拟过程的计算量和成本都难以接受。举一个简单的例子说明，假设试板尺寸为100×100mm，弹丸直径为1mm，喷丸窄带宽度为50mm，覆盖率为75%，则此模拟所需弹丸数量为5000个，此规模的弹丸数量在有限元模拟软件中的计算时间是十分巨大的。此方法第二个缺陷在于：模型中没有考虑弹丸之间的相互撞击等一系列实际问题使得到的计算结果并不可靠，精确度也不是很高。因此将这种方法应用到实际生产过程中是不切合实际的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于温度场的等效喷丸数值模拟方法，解决了现有多弹丸连续撞击数值模拟方法中的上述问题。可以极大地缩短了数值模拟计算时间，快速计算喷丸成型整体效果；并可以与单弹丸模型中弹丸参数建立映射关系，为喷丸工艺参数提供优化方案。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：基于温度场的等效喷丸数值模拟方法，包括如下步骤：步骤一，建立壁板零件的温度场实体模型和单弹丸撞击模型，所述壁板零件是带筋或不带筋、带槽或不带槽的平板坯料；步骤二，步骤一所述的温度场实体模型中，所述温度场包括两个，一个是加载在整体零件的均匀温度场，另一个是仅在厚度方向加载的温度梯度，均匀温度场用来等效模拟坯料在喷丸时的整体延伸效果，厚度方向的温度梯度用来等效模拟坯料在喷丸时的弯曲效果；步骤三，步骤二所述的温度梯度是沿平板坯料厚度方向加载的，从受喷表面垂直向下，温度依次减小，且温度梯度的深度是等效塑性层的厚度，温度梯度的宽度是喷丸有效窄带宽度；步骤四，步骤三所述的等效塑性层由单弹丸模型获得，具体地说，是由单弹丸反复撞击试板同一位置获得，当反复撞击后，试板塑性层厚度不再增加，达到饱和值，饱和的塑性层称为等效塑性层；步骤五，步骤一和步骤三所述的单弹丸模型中，包括的喷丸参数有：弹丸尺寸、弹丸速度、弹丸入射角度，不同的喷丸参数对应不同的等效塑性层；步骤六，按照规划的喷丸路径对平板坯料进行温度场加载，由温度场实体模型实现平板坯料的弯曲变形；步骤七，温度场实体模型对平板坯料的弯曲效果通过喷丸实验进行验证。所述的温度场实体模型中，零件的单元类型为S4R壳单元；单弹丸模型中，零件的单元类型为C3D8R三维应力单元。所述的喷丸实验进行验证时，所用喷丸参数严格按照单弹丸模型中的弹丸参数，验证参数为弧高值。本专利技术的有益效果在于：极大地缩短了数值模拟计算时间，快速计算喷丸成型整体效果，制定喷丸工艺优化方案，从而能够在很大程度上避免了实际生产中常用的试错方法。实用性强。具体实施方式本专利技术的基于温度场的等效喷丸数值模拟方法，根据喷丸成形工艺的机理，可以用一种可使受喷材料发生变形后产生同样塑性变形层的等效静态载荷即温度场来模拟一种特定数量喷丸的喷丸成形工艺宏观效果。这种等效静态热载荷经过试验及模拟校正后，可以与喷丸参数建立起一定的映射关系，就可通过反复施加温度场来模拟任何不同的、真实的喷丸强度。这样就把一个复杂的动态撞击过程近似地转化为一个相对简单的静态加载过程。需要指出的是，运用温度场的目的在于用温度这种静态载荷等效模拟喷丸撞击的动态载荷，以此模拟喷丸成形过程中所产生的宏观变形，它并不代表在实际喷丸成形工艺操作过程中向模拟的原件施加温度。运用此“等效”数值模拟法可以极大地缩短了数值模拟计算时间，快速计算喷丸成型整体效果，制定喷丸工艺优化方案，从而能够在很大程度上避免了实际生产中常用的试错方法。本专利技术的具体步骤如下：步骤一，建立壁板零件的温度场实体模型和单弹丸撞击模型，所述壁板零件是带筋或不带筋、带槽或不带槽的平板坯料；步骤二，步骤一所述的温度场实体模型中，所述温度场包括两个，一个是加载在整体零件的均匀温度场，另一个是仅在厚度方向加载的温度梯度，均匀温度场用来等效模拟坯料在喷丸时的整体延伸效果，厚度方向的温度梯度用来等效模拟坯料在喷丸时的弯曲效果；步骤三，步骤二所述的温度梯度是沿平板坯料厚度方向加载的，从受喷表面垂直向下，温度依次减小，且温度梯度的深度是等效塑性层的厚度，温度梯度的宽度是喷丸有效窄带宽度；步骤四，步骤三所述的等效塑性层由单弹丸模型获得，具体地说，是由单弹丸反复撞击试板同一位置获得，当反复撞击后，试板塑性层厚度不再增加，达到饱和值，饱和的塑性层称为等效塑性层；步骤五，步骤一和步骤三所述的单弹丸模型中，包括的喷丸参数有：弹丸尺寸、弹丸速度、弹丸入射角度，不同的喷丸参数对应不同的等效塑性层；步骤六，按照规划的喷丸路径对平板坯料进行温度场加载，由温度场实体模型实现平板坯料的弯曲变形；步骤七，温度场实体模型对平板坯料的弯曲效果通过喷丸实验进行验证。所述的温度场实体模型中，零件的单元类型为S4R壳单元；单弹丸模型中，零件的单元类型为C3D8R三维应力单元。所述的喷丸实验进行验证时，所用喷丸参数严格按照单弹丸模型中的弹丸参数，主要验证参数为弧高值。以上所述仅为本专利技术的优选实例而已，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡对本专利技术所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于温度场的等效喷丸数值模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，建立壁板零件的温度场实体模型和单弹丸撞击模型，所述壁板零件是带筋或不带筋、带槽或不带槽的平板坯料；步骤二，步骤一所述的温度场实体模型中，所述温度场包括两个，一个是加载在整体零件的均匀温度场，另一个是仅在厚度方向加载的温度梯度，均匀温度场用来等效模拟坯料在喷丸时的整体延伸效果，厚度方向的温度梯度用来等效模拟坯料在喷丸时的弯曲效果；步骤三，步骤二所述的温度梯度是沿平板坯料厚度方向加载的，从受喷表面垂直向下，温度依次减小，且温度梯度的深度是等效塑性层的厚度，温度梯度的宽度是喷丸有效窄带宽度；步骤四，步骤三所述的等效塑性层由单弹丸模型获得，具体地说，是由单弹丸反复撞击试板同一位置获得，当反复撞击后，试板塑性层厚度不再增加，达到饱和值，饱和的塑性层称为等效塑性层；步骤五，步骤一和步骤三所述的单弹丸模型中，包括的喷丸参数有：弹丸尺寸、弹丸速度、弹丸入射角度，不同的喷丸参数对应不同的等效塑性层；步骤六，按照规划的喷丸路径对平板坯料进行温度场加载，由温度场实体模型实现平板坯料的弯曲变形；步骤七，温度场实体模型对平板坯料的弯曲效果通过喷丸实验进行验证。...

【技术特征摘要】
1.一种基于温度场的等效喷丸数值模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，建立壁板零件的温度场实体模型和单弹丸撞击模型，所述壁板零件是带筋或不带筋、带槽或不带槽的平板坯料；步骤二，步骤一所述的温度场实体模型中，所述温度场包括两个，一个是加载在整体零件的均匀温度场，另一个是仅在厚度方向加载的温度梯度，均匀温度场用来等效模拟坯料在喷丸时的整体延伸效果，厚度方向的温度梯度用来等效模拟坯料在喷丸时的弯曲效果；步骤三，步骤二所述的温度梯度是沿平板坯料厚度方向加载的，从受喷表面垂直向下，温度依次减小，且温度梯度的深度是等效塑性层的厚度，温度梯度的宽度是喷丸有效窄带宽度；步骤四，步骤三所述的等效塑性层由单弹丸模型获得，具体地说，是由单弹丸反复撞击试板同一位置获得，当反复撞击后，试板塑...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东来，刘纯国，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22