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南京航空航天大学 毕业设计（论文）开题报告 题 目 基于新能源超声波的板料成形数值模拟 学 院 机电学院 专 业 飞行器制造工程 学生姓名 李文军 学号 050730504 指导教师 鲁世红 职称 教授 毕设地点 15#508 年 月 日结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述： 文献综述 喷丸成形技术是利用高速弹丸流撞击金属板材的表面，使受撞击的表面及其下层金属材料产生塑性变形而延伸，从而逐步使板材发生向受喷面凸起的弯曲变形而达到所需外形的一种成形方法。[1]喷丸成形技术的优点也是显而易见的：1、工艺装备简单，不需要成形模具，因此零件制造成本低，对零件尺寸大小的适应性强；2、由于喷丸成形后，沿零件厚度方向在上，下两个表面均形成残余压应力，因此在零件成形的同时，还可以改善零件的抗疲劳性能；3、既可以成形单曲率零件，也可以成形复杂双曲率零件。有着上述的优点，喷丸成形广泛用于飞机整体壁板零件的制造中。影响板件成形的主要喷丸参数为：喷丸路径、弹流速度、弹丸直径、喷射角、喷射时间、喷嘴至工件表面的距离和弹流量等。其它的影响因素，如弹丸的材料、比重、硬度和形状，喷嘴的结构等也有一定影响。 然而传统的喷丸技术由于存在很多自身难以消除的缺陷，导致了新的喷丸技术不断出现。超声喷丸作为一种新技术是通过超声波发生器发出约2 0 k Hz以上高频电振动信号，由压电晶体传感器接收并转换为高频机械振动，再由变幅杆将振动幅值放大并传给振动工具头，喷丸室内放置待处理试件和弹丸，弹丸在振动工具头的冲击下以一定的速度撞击试件，同时发生相互撞击，使运动方向和速度随机分布，从而使试件表面获得均匀的喷丸处理。 超声喷丸特点主要体现在以下几点：1、丸粒尺寸形状精度要求较高，硬度大，一般用轴承钢或钨碳钢丸粒。2、丸粒几乎无破损，无粉尘污染，且可重复利用多次。( 3 )由于工作过程中丸粒的速度较低( 频率为2 0 k HZ时，丸速最大约 2 0 m/s 。) ，需要通过提高丸粒的直径来弥补，因此丸粒直径选择较大( 0.7 ～3 mm) 。4、设备体积小，耗能低，甚至可以做成便携式，因此可以进入生产线或进入现场作业。5 、可以用简单的设备对各种复杂形状工件进行喷丸处理( 如有复杂型腔的工件) 。[3]超声喷丸过程涉及的主要参数有：丸粒材料，丸粒直径，工具头与工件表面问的距离，丸粒用量，工具头振幅等。工艺参数相对较少，工艺过程更易控制。 在喷丸过程中，成千上万个高强度弹丸高速撞击工件表面，引起工件表层发生塑性变形，导致工件内残余应力场发生变化，其作用过程复杂且影响因素众多。数值模拟技术因其经济性和高效性成为喷丸成形过程研究的重要手段 ，可以节省实验的巨大投入，国内外学者已进行了一些数值模拟研究。目前，随着一些功能强大的有限元软件如NASTRAN、ABAQUS和LS-DYNA等的出现，其分析结果直观方便,并且许多仿真结果已被证实具有较高的准确度，这些都使喷丸过程的数值仿真成为可能。 西北工业大学的王关峰对机翼整体壁板板坯建模与喷丸路径规划问题进行了深入研究，通过对整体壁板原始数模特征模型进行映射，实现板坯的快速建模，并对传统喷丸路径规划进行总结，提出了适用现代复杂翼型整体壁板喷丸路径计算方法，然而对板件的喷丸成形未作深入研究。浙江大学的康小明在研究如何选择喷丸成形参数的基础上比较了Homer的有限元设计方法、Levers的比较法和他自己所使用的变形等效模拟法，他发现在采用以上这些方法后，可以达到减少试喷次数和缩短生产周期的目的。江苏大学的杜建钧等人利用ABAQUS软件对激光喷丸成形进行数值模拟，并与实验结果进行对比。这与本课题采用ABAQUS软件模拟超声波板料成形一致，涉及的具体的工艺参数却不尽相同，但其中的一些模拟方法在本课题中具有借鉴意义。 国外的T.Wang等人在2005年提出用一种等效的加载单元来模拟宏观上碰丸成形的效果。与实验结果相比较，利用这个模型可以比较准确的预测出喷丸成形后板材的翘曲。H.Y.Miao等人则结合实验结果对影响喷丸成形效果的工艺参数进行研究，寻找优化喷丸和应力喷丸成形过程的工艺参数。X.Kang等人则探讨了喷丸成形有限元模拟中的单丸粒撞击模型和多丸粒撞击模型，并深入研究多丸粒撞击模型，指出多丸粒撞击模型更符合实验结果。 总的看来，国内外对喷丸成形及数值模拟方面有了一定深入的研究，在控制工艺参数和选择模拟方法上均有具体的论述。但对于超声波板料成形这一方面的研究却少之又少，超声波成形有着与传统喷丸成形不同的特点，这就决定了成形时在工艺参数的选择上将有所区别，例如超声振动工具头加载路径、超声振动工具头进给速度、超声波功率改变等，这就是本课题所要深入研究的地方，