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基于DEM-FEM耦合的喷丸强化响应面模型构建及工艺参数影响分析
Construction of shot peening enhanced response surface model based on DEM-FEM coupling and the influence analysis of process parameter
- 机械强度 2025年47卷第3期 页码：67-74
- 作者机构：
1.北京石油化工学院 机械工程学院，北京 102617
2.齐鲁理工学院 智能制造与控制工程学院，济南 250200
- 作者简介：
ZHANG Hongwei, E-mail: Zhanghw@bipt.edu.cn
- 基金信息：
DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.008
中图分类号： TP391.9;TG668收稿日期：2023-06-26，
修回日期：2023-09-02，
纸质出版日期：2025-03-15
- 稿件说明：
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张洪伟，闫锡超，高师，等. 基于DEM-FEM耦合的喷丸强化响应面模型构建及工艺参数影响分析［J］. 机械强度，2025，47（3）：67-74.
ZHANG Hongwei，YAN Xichao，GAO Shi，et al. Construction of shot peening enhanced response surface model based on DEM-FEM coupling and the influence analysis of process parameter［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（3）：67-74.
张洪伟，闫锡超，高师，等. 基于DEM-FEM耦合的喷丸强化响应面模型构建及工艺参数影响分析［J］. 机械强度，2025，47（3）：67-74. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.008.
ZHANG Hongwei，YAN Xichao，GAO Shi，et al. Construction of shot peening enhanced response surface model based on DEM-FEM coupling and the influence analysis of process parameter［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（3）：67-74. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.008.
摘要
为了模拟喷丸强化过程，实现喷丸强化效果快速预测，基于Abaqus软件采用离散元法-有限元法（Discrete Element Method-Finite Element Method
DEM-FEM）耦合建立随机多丸粒喷丸强化模型，并以TC4钛合金为研究对象，通过喷丸强化试验来验证耦合模型的准确性。采用Box-Behnken设计（Box-Behnken Design
BBD）法，针对弹丸大小、喷丸速度和喷丸覆盖率3个工艺参数设计了三因素三水平的喷丸仿真试验方案，采用仿真分析获得表面残余应力值及表面粗糙度值，并通过Design-Expert软件进行数值拟合，最终得到喷丸工艺参数与表面残余应力和表面粗糙度之间的函数模型，采用响应面法分析弹丸大小、喷丸速度、喷丸覆盖率三因素之间的交互作用以及对喷丸强化效果的影响规律。结果表明，响应面预测模型结果与仿真计算结果误差低于5%，所建立的响应面预测模型具有较高的近似精度和可靠性，利用此模型可实现喷丸强化效果的有效预测。
Abstract
In order to simulate the shot peening process and realize the rapid prediction of the shot peening effect
a random multi-shot pellet shot peening strengthening model was established based on Abaqus software using the discrete element method-finite element method (DEM-FEM) coupling
and the TC4 titanium alloy was used as the research object to carry out the shot peening strengthening test to verify the accuracy of the coupling model. The Box-Behnken design (BBD) method was used to design a three-factor and three-level shot peening simulation test scheme for the three process parameters of projectile size
shot peening speed and shot peening coverage.The surface residual stress value and surface roughness value were obtained by simulation analysis
and the numerical fitting was carried out by Design-Expert software. Finally
the function models between the shot peening process parameters and the surface residual stress or surface roughness were obtained
the interaction between the three factors of projectile size，shot peening speed and shot peening coverage was analyzed by the response surface method
and the influence law of shot peening strengthening effect was analyzed.The results show that the error between the results of the response surface prediction model and the simulation calculation results is less than 5%
the established response surface prediction model has high approximate accuracy and reliability，and the effective prediction of shot peening effect can be achieved by using this model.
关键词
Keywords
references
强斌 ， 李亚东 ， 顾颖 ， 等 . 钢板喷丸处理残余应力场和表面粗糙度数值模拟 ［J］. 西南交通大学学报 ， 2015 ， 50 （ 4 ）： 691 - 697 .
QIANG Bin ， LI Yadong ， GU Ying ， et al . Numerical simulation of residual stress field and surface roughness for steel plate subjected to shot peening ［J］. Journal of Southwest Jiaotong University ， 2015 ， 50 （ 4 ）： 691 - 697 . （In Chinese）
HONG T ， OOI J Y ， SHAW B . A numerical simulation to relate the shot peening parameters to the induced residual stresses ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2008 ， 15 （ 8 ）： 1097 - 1110 .
OHTA T ， TSUTSUMI S ， MA N S . Direct measurement of shot velocity and numerical analysis of residual stress from pneumatic shot peening ［J］. Surfaces and Interfaces ， 2021 ， 22 ： 100827 .
罗峰 . TA15钛合金型材喷丸强化工艺研究 ［D］. 南京 ： 南京航空航天大学 ， 2020 ： 46 - 49 .
LUO Feng . Study on shot peening strengthening technology of TA15 titanium alloy profile ［D］. Nanjing ： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ， 2020 ： 46 - 49 . （In Chinese）
MAJZOOBI G H ， AZIZI R ， ALAVI NIA A . A three-dimensional simulation of shot peening process using multiple shot impacts ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2005 ， 164 ： 1226 - 1234 .
张洪伟 ， 陈家庆 ， 张以都 . 基于多丸粒模型的喷丸表面强化过程数值模拟 ［J］. 塑性工程学报 ， 2012 ， 19 （ 6 ）： 118 - 125 .
ZHANG Hongwei ， CHEN Jiaqing ， ZHANG Yidu . Numerical simulation of shot-peening process based on multiple shot model ［J］. Journal of Plasticity Engineering ， 2012 ， 19 （ 6 ）： 118 - 125 . （In Chinese）
FUHR J P ， BASHA M ， WOLLMANN M ， et al . Coverage and peening angle effects in shot peening on HEC performance of Ti-6Al-4V ［J］. Procedia Engineering ， 2018 ， 213 ： 682 - 690 .
MAHAGAONKAR S B ， BRAHM ANKAR P K ， SEEMIKERI C Y . Effect of shot peening parameters on microhardness of AISI 1045 and 316L material：an analysis using design of experiment ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2008 ， 38 （ 5/6 ）： 563 - 574 .
NAM Y S ， JEONG Y I ， SHIN B C ， et al . Enhancing surface layer properties of an aircraft aluminum alloy by shot peening using response surface methodology ［J］. Materials & Design ， 2015 ， 83 ： 566 - 576 .
WANG X L ， WANG Z ， WU G ， et al . Combining the finite element method and response surface methodology for optimization of shot peening parameters ［J］. International Journal of Fatigue ， 2019 ， 129 ： 105231 .
UNAL O ， MALEKI E ， KOCABAS I ， et al . Investigation of nanost-ructured surface layer of severe shot peened AISI 1045 steel via response surface methodology ［J］. Measurement ， 2019 ， 148 ： 106960 .
UNAL O . Optimization of shot peening parameters by response surface methodology ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2016 ， 305 ： 99 - 109 .
陈家伟 ， 廖凯 ， 李立君 ， 等 ． 铝合金喷丸工艺参数-表面特征值的函数关系与应用 ［J］． 表面技术 ， 2019 ， 48 （ 6 ）： 212 - 220 ．
CHEN Jiawei ， LIAO Kai ， LI Lijun ， et al . Function relationship between shot peening parameters and surface characteristic of Al-based alloy and application ［J］. Surface Technology ， 2019 ， 48 （ 6 ）： 212 - 220 . （In Chinese）
胡磊 ， 廖凯 ， 李立君 ， 等 ． 基于BBD实验方法的铝合金喷丸工艺预测模型及应用 ［J］． 材料热处理学报 ， 2019 ， 40 （ 4 ）： 150 - 157 .
HU Lei ， LIAO Kai ， LI Lijun ， et al . Construction and application of SP prediction model of aluminum alloy via BBD method ［J］. Transactions of Materials and Heat Treatment ， 2019 ， 40 （ 4 ）： 150 - 157 . （In Chinese）
付敏 . TC4钛合金喷丸强化有限元模拟 ［D］. 大连 ： 大连理工大学 ， 2014 ： 24 - 27 .
FU Min . Finite element simulation of shot peening strengthening of TC4 titanium alloy ［D］. Dalian ： Dalian University of Technology ， 2014 ： 24 - 27 . （In Chinese）
邓明明 ， 彭归浠 ， 郑明 ， 等 . 基于FEM-DEM的粗糙表面喷丸数值模拟与试验研究 ［J］. 机械传动 ， 2021 ， 45 （ 7 ）： 156 - 160 .
DENG Mingming ， PENG Guixi ， ZHENG Ming ， et al . Numerical simulation and experimental study of shot peening on rough surface based on FEM-DEM ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2021 ， 45 （ 7 ）： 156 - 160 . （In Chinese）
王淼 . 喷丸强化钛合金叶片表面完整性与变形的模拟 ［D］. 大连 ： 大连理工大学 ， 2022 ： 24 - 25 .
WANG Miao . Simulation of surface integrity and deformation of shot peening reinforced titanium alloy blade ［D］. Dalian ： Dalian University of Technology ， 2022 ： 24 - 25 . （In Chinese）
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