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我中心朱立华老师和郑宏宇教授在International Journal of Mechanical Sciences期刊上发表了题为“A new analytical model to predict residual stress induced by ultrasonic shot peening (10.1016/j.ijmecsci.2022.107430)”的论文。
本文提出了一种新的可以预测冲击速度和残余应力分布的超声喷丸解析模型，并通过实验和模拟进行了验证。首先，分析了超声喷丸过程中单个丸粒的运动规律以及超声振动对碰撞恢复系数的影响，提出了一个利用初始速度、超声振幅和频率估算球体与超声工具头碰撞后其反弹速度的公式，提出了预测丸粒冲击速度的解析模型，并通过高速摄像机观察进行了验证。然后，基于Hertz接触理论和Hill弹塑性球壳扩张理论，实现了静水压力和赫兹压力之间的转换，提出了一种新的可以预测理想弹塑性板在一定速度的刚性丸粒冲击下的变形程度、应力变化和残余应力分布的解析模型，并通过有限元模拟进行了验证。基于上述两个模型和两种不同应力叠加方法的结果，提出了一个可以根据超声喷丸工艺参数和丸粒、工具头和被处理材料的材料特性来预测冲击速度和残余应力分布的解析模型，并进行了实验验证。计算结果与实验结果吻合较好。
图1 (a) 超声喷丸设备 (b) 用高速摄像机观察有机玻璃喷丸室内丸粒的运动
图2 (a) Hill弹塑性球壳扩张 (b) 静水压力与Hertz 压力的转换
图3 单个丸粒多次撞击同一位置产生的残余应力的所提出的模型计算结果、有限元模拟结果和实验结果
