[发明专利]一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法

权利要求书

1.一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法，所述带筋壁板包括筋件和壁板，其特征在于，所述数值模拟方法包括如下步骤：

步骤一：建立带筋壁板的输入喷丸工艺参数输出对应喷丸模拟参数的关联模型；

步骤二：建立带筋壁板的多弹丸撞击模型，使模型表面受到多弹丸的冲击，并创建喷丸区域沿模型厚度方向的路径并获得路径节点应力；

步骤三：建立带筋壁板的反弯曲应力场法模拟模型，依据壁板几何及受力特征将壁板转换为有限元壳单元，并进行分区处理，将应力场赋予壳单元进行模拟变形计算。

2.根据权利要求1所述的一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法，其特征在于，所述关联模型的建立过程包括：选取不少于一个喷丸工艺参数，通过均匀试验方法，建立喷丸工艺参数与喷丸模拟参数间的二阶响应面模型。

3.根据权利要求2所述的一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法，其特征在于，所述喷丸工艺参数包括：喷丸气压、进给速度和弹丸流量。

4.根据权利要求2或3所述的一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法，其特征在于，所述喷丸应力场的模拟参数包括：弹坑直径、弹丸速度及覆盖率。

5.根据权利要求1所述的一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法，其特征在于，所述多弹丸撞击模型的建立方法包括：

通过自定义场分布函数施加线性分布的面力以代表预应力，施加预应力后约束模型两个侧面及底面的所有自由度；

弹丸与模型间的接触算法为罚函数法，接触摩擦系数取为0.05，通过预定义场更改多弹丸撞击的弹丸速度模拟参数；所建模型对应的覆盖率范围为0％-80％，利用响应面模型计算出覆盖率的模拟参数，然后对弹丸撞击位置及撞击弹丸数量进行规划。

6.根据权利要求5所述的一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤二还包括：对所有路径上同一厚度处的路径节点应力求平均值，即为相应工艺参数下该厚度处的诱导应力值；沿模型厚度方向，各个厚度处及其诱导应力值构成相应工艺参数下的诱导应力场。

7.根据权利要求1或5所述的一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法，其特征在于，选用大型有限元软件Abaqus进行多弹丸撞击的有限元模拟。

8.根据权利要求1所述的一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法，其特征在于，所述反弯曲应力场法模拟模型的建立过程包括：

S1：首先对带筋壁板的筋件进行弹性预弯，计算出出截面内的预弯应力，固定约束除喷丸面以外的所有表面；

S2：进行单面喷丸，此时带筋壁板的筋件截面内的应力分布即为预弯状态下的喷丸诱导应力；

S3：通过多弹丸撞击模型，获得与带筋壁板的筋件喷丸区域具有相同工艺参数的模拟诱导应力以代表筋件实际诱导应力，获取喷丸塑性层平均厚度，并采用两种不同弹性模量材料组合梁的中性层位置计算公式计算偏移后的中性层位置：

式中：y_n为中性层位置；E₁和E₂分别为两种异质材料的弹性模量，分别对应拉伸曲线弹性段和塑形段的斜率；A₁和A₂分别为各材料截面积；和分别为两种材料截面形心位置；

S4：以上述预应力状态下喷丸成形之后的筋件的应力状态为初始应力状态，即内部应力全部为0，以偏移后的中性层为弯曲轴，对该筋件反向弯曲至平直状态，计算出考虑中性层移动的截面应力变化值；

S5：将上述诱导应力赋予带筋壁板的筋壁单元，实现带筋壁板预应力喷丸成形反弯曲应力场法数值模拟。

9.根据权利要求8所述的一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法，其特征在于，反弯曲过程以后，截面上的应力由多弹丸撞击产生的诱导应力、反弯曲应力及中性层不一致产生的额外应力三部分代数和组成。