基于DEM-FEM耦合的噴丸強(qiáng)化響應(yīng)面模型構(gòu)建及工藝參數(shù)影響分析

關(guān)鍵詞：噴丸強(qiáng)化；響應(yīng)面；離散元-有限元耦合；Box-Behnken設(shè)計(jì)

0 引言

噴丸強(qiáng)化是一種廣泛應(yīng)用于機(jī)械表面處理的方法，通過(guò)大量丸粒高速轟擊金屬部件表面來(lái)改善金屬部件的疲勞性能。此類表面處理方法使工件表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，從而抑制或延緩疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展［1］。丸粒尺寸、噴丸速度、噴丸覆蓋率等噴丸工藝參數(shù)對(duì)金屬構(gòu)件的疲勞性能影響很大，過(guò)度或不充分的噴丸處理不僅不能改善疲勞性能，反而在一定程度上對(duì)噴丸件的疲勞性能有害。因此，選擇合適的噴丸強(qiáng)化參數(shù)以獲得最佳噴丸強(qiáng)化效果，對(duì)于噴丸強(qiáng)化工藝設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

HONG等［2］利用數(shù)值模擬的方法得出，殘余壓應(yīng)力深度隨彈丸直徑的增加成線性增加，而表面殘余應(yīng)力基本保持不變。OHTA等［3］通過(guò)高速攝像機(jī)獲取圖像，利用粒子圖像測(cè)速（ParticleImageVelocity，PIV）技術(shù)直接測(cè)量氣動(dòng)噴丸的速度，測(cè)量了不同氣壓下的殘余應(yīng)力分布和弧高值；建立了彈丸速度對(duì)高強(qiáng)度鋁合金板殘余應(yīng)力分布影響的有限元模型；得出當(dāng)彈丸速度小于或等于50m/s時(shí)，Almen試片強(qiáng)度與實(shí)測(cè)彈丸速度近似成正比。羅峰［4］以TA15鈦合金為研究對(duì)象，分析噴丸速度對(duì)噴丸強(qiáng)化效果的影響規(guī)律，當(dāng)噴丸速度為50m/s時(shí)所引入的殘余應(yīng)力場(chǎng)和表面粗糙度的效果較好。MAJZOOBI等［5］通過(guò)有限元數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，噴丸速度對(duì)殘余應(yīng)力分布有顯著影響；當(dāng)速度達(dá)到90m/s時(shí)進(jìn)一步增大噴丸速度反而使最大殘余應(yīng)力值變小。張洪偉等［6］構(gòu)建了多彈丸仿真模型，探究了表面覆蓋率對(duì)噴丸強(qiáng)化后殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響，得到了增大噴丸覆蓋率可以使殘余應(yīng)力場(chǎng)分布更均勻的結(jié)論。FUHR等［7］通過(guò)低覆蓋率和高覆蓋率對(duì)疲勞壽命影響的研究發(fā)現(xiàn)，低覆蓋率（20%）導(dǎo)致疲勞性能下降，高覆蓋率（1200%）在大多數(shù)情況下表現(xiàn)為表面粗糙度和殘余壓應(yīng)力的輕微增加。

雖然許多有限元方法側(cè)重于結(jié)果與試驗(yàn)的一致性，但在實(shí)際加工制造中更為關(guān)心的是通過(guò)分析殘余應(yīng)力、表面粗糙度以及硬度等指標(biāo)來(lái)研究噴丸工藝參數(shù)對(duì)噴丸強(qiáng)化效果的影響。大多數(shù)試驗(yàn)研究只關(guān)注一個(gè)特定的噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)，如噴丸速度、噴丸覆蓋率、噴丸距離等。然而，當(dāng)只研究一個(gè)或兩個(gè)噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)時(shí)，往往忽略了不同噴丸強(qiáng)化參數(shù)之間的相互作用。仿真優(yōu)化方法包括遺傳算法、響應(yīng)面法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等，采用優(yōu)化參數(shù)的仿真優(yōu)化方法已逐漸應(yīng)用于噴丸強(qiáng)化過(guò)程中。

MAHAGAONKAR等［8］采用全因子設(shè)計(jì)方法，分析噴丸壓力、彈丸種類、噴丸時(shí)間和噴嘴距離對(duì)顯微硬度的影響，并研究了上述4個(gè)參數(shù)之間的相互作用。NAM等［9-10］通過(guò)分析42CrMo和AA2124-T851材料噴丸強(qiáng)化后的殘余應(yīng)力、表面粗糙度和硬度，用響應(yīng)面法（ResponseSurfaceMethodology，RSM）分析噴丸距離、噴射角度、噴丸速度和噴丸覆蓋率等參數(shù)對(duì)噴丸強(qiáng)化效果的影響，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)（Box-BehnkenDesign，BBD）和中心復(fù)合設(shè)計(jì)（CentralCompositeDesign，CCD）對(duì)噴丸工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，并和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。UNAL等［11-12］通過(guò)RSM研究了Almen強(qiáng)度、表面粗糙度、表面硬度和納米層結(jié)構(gòu)變化，得出在一定的表面粗糙度和彈丸尺寸水平下，可以獲得最大的表面硬度。陳家偉等［13］采用BBD法，利用試驗(yàn)與仿真相結(jié)合的方式得到噴丸距離、丸粒尺寸、噴丸氣壓3種工藝參數(shù)與噴丸表面應(yīng)力和硬度之間的函數(shù)模型。胡磊等［14］BBD法確定試驗(yàn)方案，分析噴丸后試樣表面殘余及硬度的變化規(guī)律，構(gòu)建了工藝參數(shù)與表面硬度及表面殘余應(yīng)力的預(yù)測(cè)函數(shù)模型。

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)噴丸強(qiáng)化效果的研究主要集中在噴丸強(qiáng)化處理后預(yù)測(cè)結(jié)果的真實(shí)性上，如殘余應(yīng)力、等效塑性應(yīng)變、表面粗糙度等的驗(yàn)證。針對(duì)航空航天用鈦合金材料噴丸強(qiáng)化過(guò)程的相關(guān)研究很少，特別是難以建立工藝參數(shù)與噴丸強(qiáng)化效果之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，以快速預(yù)測(cè)噴丸強(qiáng)化效果。各個(gè)工藝參數(shù)并非確定數(shù)值，而是在一定范圍內(nèi)變化的，造成強(qiáng)化殘余應(yīng)力場(chǎng)和表面粗糙度的不確定性，并且工藝參數(shù)之間具有一定相關(guān)性且相互影響。針對(duì)這種工藝參數(shù)的不確定性，只能重復(fù)進(jìn)行有限元分析，若想得出最優(yōu)噴丸工藝參數(shù)組合，需耗費(fèi)大量時(shí)間和精力，目前這方面的研究工作仍缺乏。

本文利用Abaqus軟件建立離散元法-有限元法（DiscreteElementMethod-FiniteElementMethod，DEMFEM）隨機(jī)多丸粒噴丸強(qiáng)化耦合模型，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，通過(guò)BBD法制定了三因素三水平試驗(yàn)方案，結(jié)合試驗(yàn)和仿真計(jì)算得到多種方案下噴丸工件表面殘余應(yīng)力和表面粗糙度的變化規(guī)律，通過(guò)響應(yīng)面分析構(gòu)建工藝參數(shù)與表面殘余應(yīng)力和表面粗糙度的函數(shù)預(yù)測(cè)模型，利用此模型實(shí)現(xiàn)噴丸強(qiáng)化效果和工藝參數(shù)的雙向預(yù)測(cè)。

1 噴丸強(qiáng)化DEM-FEM數(shù)值模擬

1.1 DEM-FEM耦合模型

DEM-FEM耦合方法是離散元和有限元相結(jié)合的一種方法。對(duì)于噴丸耦合模型來(lái)說(shuō)，有限元分析主要是幾何模型構(gòu)建和材料屬性的賦予，離散元?jiǎng)t是利用顆粒生成器模擬丸粒連續(xù)噴射的過(guò)程，且在噴射模擬過(guò)程中充分考慮丸粒與丸粒、丸粒與靶材之間的相互作用。其技術(shù)路線如圖1所示。

通過(guò)Abaqus有限元仿真軟件，利用DEM-FEM耦合模型模擬大量彈丸噴丸強(qiáng)化過(guò)程。噴丸強(qiáng)化數(shù)值分析中，幾何模型分為彈丸模型和工件靶材模型，工件靶材和彈丸所選取的材料分別為TC4鈦合金和鑄鋼丸，其基本力學(xué)參數(shù)如表1所示。采用3種規(guī)格的彈丸（S70、S110和S170對(duì)應(yīng)的彈丸尺寸直徑分別為0.18、0.28、0.43mm），由于彈丸直徑較小，工件靶材尺寸太大不利于計(jì)算，影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了保證模型的有效性，將靶材尺寸參數(shù)定義為4D×4D×5D，其中D為彈丸直徑。

噴丸強(qiáng)化具有大變形和高應(yīng)變率等特點(diǎn)，是一種動(dòng)態(tài)力學(xué)問(wèn)題。采用Johnson-Cook（J-C）本構(gòu)模型［15］描述TC4鈦合金在噴丸強(qiáng)化過(guò)程中的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性。該本構(gòu)模型具體表達(dá)式為

式中，σ為流動(dòng)應(yīng)力；A為屈服應(yīng)力；B為冪指系數(shù)；ε為等效塑性應(yīng)變；n為硬化系數(shù)；C'為應(yīng)變率敏感系數(shù)；ε?*為無(wú)量綱等效塑性應(yīng)變率；T*為無(wú)量綱溫度；m為溫度敏感系數(shù)。TC4鈦合金J-C本構(gòu)模型參數(shù)如表2所示。

根據(jù)噴丸實(shí)際情況，噴丸耦合模型在數(shù)值模擬中主要體現(xiàn)為約束、接觸問(wèn)題以及邊界條件的設(shè)定。對(duì)工件底面進(jìn)行全約束，丸粒與丸粒之間采用赫茲接觸，丸粒與靶材之間采用罰函數(shù)，摩擦因數(shù)為0.3。噴丸速度是對(duì)彈丸賦予初速度，初速度計(jì)算式［16］為

如圖2所示，采用SFM3D4R單元對(duì)噴嘴進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用C3D8R單元對(duì)靶材進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用細(xì)化網(wǎng)格的方式解決沙漏問(wèn)題。在靶材表面與彈丸接觸區(qū)域，將網(wǎng)格尺寸設(shè)置為彈丸直徑的1/10［17］。

1.2 試驗(yàn)及模型驗(yàn)證

為了驗(yàn)證DEM-FEM耦合模型的有效性，嚴(yán)格控制試驗(yàn)和仿真所涉及參數(shù)的一致性，通過(guò)分析表面殘余應(yīng)力和表面粗糙度Ra，對(duì)比了噴丸數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)GB/T3075—2021，制備了圖3所示的Ti6Al4V試驗(yàn)件。

試驗(yàn)采用氣壓式噴丸機(jī)，噴丸介質(zhì)為鑄鋼丸，噴槍直徑為8mm，噴槍到噴丸區(qū)的距離為120mm，噴槍安裝角度范圍為30°～45°，氣壓范圍為0.6（1±15%）MPa。

為保證噴丸質(zhì)量，須利用阿爾門試片對(duì)噴丸強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)定。本文采用DB-A1型試片進(jìn)行噴試，利用B65型弧高值測(cè)量?jī)x進(jìn)行噴丸強(qiáng)度的測(cè)試。噴丸試驗(yàn)工藝參數(shù)如表3所示。

分別進(jìn)行噴丸試驗(yàn)和數(shù)值模擬。針對(duì)試驗(yàn)結(jié)果，利用PROTOX射線殘余應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備對(duì)噴丸處理后的工件表面進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)；對(duì)于仿真殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)結(jié)果的提取，利用Python腳本提取噴丸區(qū)域內(nèi)沿深度方向上所有節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)，經(jīng)平均后獲得最終仿真應(yīng)力數(shù)據(jù)。圖4所示為表面殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比情況。由圖4可以觀察到，數(shù)值模擬和試驗(yàn)在表層趨勢(shì)基本一致。隨著噴丸覆蓋率增加，模擬值和試驗(yàn)值在噴丸覆蓋率為300%時(shí)存在最大差距，分別為-903.86、-918.17MPa，誤差約為1.66%。這可能是由于仿真模型與試件的材料參數(shù)存在一定誤差。綜上所述，所建立的DEM-FEM耦合模型對(duì)噴丸強(qiáng)化后表面殘余應(yīng)力的分布具有一定的預(yù)測(cè)性。

采用TIME3220型手持粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量噴丸后的表面粗糙度。以Ra為表面粗糙度的評(píng)價(jià)參數(shù)。圖5所示為不同噴丸強(qiáng)度和噴丸覆蓋率下表面粗糙度Ra的仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。由圖5可知，表面粗糙度隨著噴丸強(qiáng)度和噴丸覆蓋率的增大而增大。圖5（a）中，在0.1mmA噴丸強(qiáng)度下仿真表面粗糙度Ra從6.60μm分別提高到7.59、8.25μm，增長(zhǎng)率分別為15%和25%。圖5（b）中，在噴丸強(qiáng)度為0.2mmA時(shí)，仿真表面粗糙度Ra從15.12μm分別提高到16.11、20.47μm，增長(zhǎng)率分別為6.54%、35.38%。圖5（c）中，在噴丸強(qiáng)度為0.3mmA時(shí)，仿真表面粗糙度Ra從20.72μm分別提高到25.91、30.92μm，增長(zhǎng)率分別為25.04%和49.22%。由仿真值和試驗(yàn)值曲線對(duì)比可以看出，兩者曲線趨勢(shì)基本一致，且數(shù)值差異不大。因此，DEM-FEM耦合模型對(duì)表面粗糙度Ra的預(yù)測(cè)具有較好的可靠性。

2 響應(yīng)面模型構(gòu)建及參數(shù)設(shè)計(jì)

不同的噴丸工藝參數(shù)組合對(duì)工件表面強(qiáng)化效果的影響程度不同。為了獲得良好的噴丸效果，須對(duì)噴丸工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，以得到最優(yōu)工藝參數(shù)組合。響應(yīng)面法是一種簡(jiǎn)單高效的分析方法，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的試驗(yàn)方案并采用試驗(yàn)或仿真的方式獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，運(yùn)用多元回歸方程擬合因子與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系式，最后通過(guò)回歸分析確定最優(yōu)參數(shù)組合。本文以丸粒直徑D、噴丸速度v和噴丸覆蓋率C等3個(gè)因素為因子，以噴丸強(qiáng)化后的表面殘余應(yīng)力值σres和表面粗糙度Ra為響應(yīng)值，利用Design-Expert軟件，采用BBD法進(jìn)行三因素三水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以?1、0、1為水平編碼，因子水平如表4所示。

2.1 試驗(yàn)方案及仿真結(jié)果

運(yùn)用Design-Expert軟件設(shè)計(jì)三因素三水平設(shè)計(jì)方案并采用DEM-FEM耦合方法依次建立不同工藝參數(shù)仿真模型，其試驗(yàn)方案與仿真結(jié)果如表5所示。

2.2 響應(yīng)面模型建立

通過(guò)BBD法綜合考慮噴丸各工藝參數(shù)對(duì)噴丸強(qiáng)化后表面殘余應(yīng)力和表面粗糙度之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)均呈拋物線規(guī)律。為準(zhǔn)確描述這種關(guān)系，選擇以下二次多元函數(shù)作為原始模型：

式中，Y為指標(biāo)響應(yīng)值；b0～b9為各項(xiàng)的常系數(shù)。使用最小二乘法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，得到各項(xiàng)常系數(shù)，之后進(jìn)行方差分析。

在分析響應(yīng)面結(jié)果時(shí)，一般會(huì)對(duì)響應(yīng)面模型的精度、可靠性和預(yù)測(cè)能力進(jìn)行評(píng)估。其中，一些關(guān)鍵的參數(shù)和指標(biāo)包括：相關(guān)系數(shù)（R-Squared，R2）、校正決定系數(shù)（AdjustedR2）、P值、F值、預(yù)測(cè)誤差的平均值與其標(biāo)準(zhǔn)偏差的比值（AdeqPrecision）和模型對(duì)未知數(shù)據(jù)的擬合能力參數(shù)（PredR2）。

3 仿真與試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 工藝參數(shù)對(duì)表面殘余應(yīng)力影響分析

表6所示為響應(yīng)面分析中表面殘余壓應(yīng)力的方差分析結(jié)果。表6中，Dv、DC、vC為交互項(xiàng)參數(shù)，D2、v2、C2為二次項(xiàng)參數(shù)。方差分析可以得到噴丸模擬試驗(yàn)中表面殘余應(yīng)力與相關(guān)工藝參數(shù)之間的關(guān)系。由表6可知，在表面殘余應(yīng)力與因變量的擬合模型中，F(xiàn)值為388.36，說(shuō)明模型擬合結(jié)果具有顯著性；AdeqPrecision值為67.226，明顯大于4，表明該模型的預(yù)測(cè)結(jié)果較可靠。此外，在該擬合模型中，R2值為0.9980，AdjustedR2值為0.9954，預(yù)測(cè)決定系數(shù)（PredR2）值為0.9683。該組數(shù)值說(shuō)明該模型擬合效果好且預(yù)測(cè)精度較高，最終得到的二次多項(xiàng)回歸方程如下：

圖6為表面殘余應(yīng)力試驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值的散點(diǎn)分布圖。由圖6可以看出，試驗(yàn)值和預(yù)測(cè)值大部分分布在直線y=x的兩側(cè)，說(shuō)明擬合模型的預(yù)測(cè)效果比較準(zhǔn)確。但同時(shí)分散點(diǎn)主要出現(xiàn)在表面殘余應(yīng)力較大的區(qū)域，說(shuō)明在這個(gè)范圍內(nèi)表面殘余應(yīng)力的機(jī)制比較復(fù)雜，擬合模型預(yù)測(cè)表面殘余應(yīng)力可能存在一定的誤差，但在合理范圍內(nèi)。

圖7為各輸入因變量在中心點(diǎn)區(qū)域的擾動(dòng)曲線圖。由圖7可知，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的區(qū)域內(nèi)，噴丸覆蓋率C、交互項(xiàng)參數(shù)DC和二次項(xiàng)參數(shù)C2對(duì)表面殘余應(yīng)力的響應(yīng)量影響最大。隨著丸粒直徑D和噴丸速度v的增大，表面殘余應(yīng)力先增大后減?。浑S著噴丸覆蓋率C的增大，表面殘余應(yīng)力顯著增大。隨著丸粒直徑與噴丸速度的增大，彈丸所攜帶的動(dòng)能顯著增大，使得靶材表面會(huì)發(fā)生一定程度的應(yīng)力松弛，即表面殘余應(yīng)力數(shù)值變小的現(xiàn)象。圖8所示為噴丸速度和噴丸覆蓋率對(duì)表面殘余壓應(yīng)力的交互影響。由圖8可知，要想獲得較大的表面殘余應(yīng)力需要較小的丸粒直徑和較大的噴丸覆蓋率，但當(dāng)噴丸覆蓋率小于中心點(diǎn)水平時(shí)，對(duì)表面殘余應(yīng)力影響不明顯。

3.2 工藝參數(shù)對(duì)表面粗糙度影響分析

表7所示為響應(yīng)量最大殘余壓應(yīng)力的方差分析結(jié)果。表面粗糙度擬合模型的F值為71.00，表明該模型設(shè)計(jì)的合理性。模型的AdeqPrecision值達(dá)到27.934（gt;4）是合理的。由R2值為0.9892，AdjustedR2值為0.9752和PredR2為0.8274可知，該表面粗糙度模型具有較高的吻合性，其數(shù)學(xué)方程為

圖9為表面粗糙度的試驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值散點(diǎn)分布圖。由圖9可知，各分散點(diǎn)較為緊密地分布在直線y=x上下的很小范圍內(nèi)，同時(shí)分散點(diǎn)多分布在粗糙度數(shù)值較大的區(qū)域，說(shuō)明在該區(qū)域內(nèi)噴丸參數(shù)對(duì)于粗糙度的影響機(jī)制復(fù)雜，僅僅通過(guò)響應(yīng)面很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，但誤差相對(duì)較小，在合理范圍內(nèi)，模型預(yù)測(cè)結(jié)果具有可信性。

圖10所示為表面粗糙度的數(shù)學(xué)擬合模型中各因素在中心點(diǎn)區(qū)域的擾動(dòng)曲線。在中心點(diǎn)附近區(qū)域內(nèi)，丸粒直徑、噴丸速度和噴丸覆蓋率對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律基本一致。當(dāng)丸粒直徑、噴丸速度和噴丸覆蓋率低于中心點(diǎn)水平時(shí)，表面粗糙度隨著三者的增大而增大；當(dāng)高于中心點(diǎn)水平時(shí)，表面粗糙度與丸粒直徑、噴丸速度和覆蓋率成線性關(guān)系增大。

由表7可知，丸粒直徑和表面覆蓋率的交互項(xiàng)DC的F值為43.64，高于其他交互項(xiàng)的影響，其交互影響如圖11所示。當(dāng)丸粒直徑范圍為0.18～0.43mm，覆蓋率范圍為100%～300%時(shí)，表面粗糙度的變化差值最大為37.71μm，說(shuō)明丸粒直徑和噴丸覆蓋率對(duì)表面粗糙度的影響有著非常顯著的交互影響。等高線之間的距離隨著丸粒直徑和噴丸覆蓋率的增加而逐漸變大，表明表面粗糙度在較小的丸粒直徑和噴丸覆蓋率的范圍內(nèi)變化較快，相反，在兩者較高的范圍內(nèi)表面粗糙度變化較慢。這種現(xiàn)象可能是隨著丸粒直徑和噴丸覆蓋率的增加，噴丸強(qiáng)化效果逐漸達(dá)到一個(gè)趨于飽和的狀態(tài)，這時(shí)再增加丸粒直徑和噴丸覆蓋率，表面粗糙度不再快速增大。

3.3 模型驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文所建立的響應(yīng)面模型的準(zhǔn)確性。在設(shè)計(jì)空間范圍內(nèi)，隨機(jī)選取了6組設(shè)計(jì)變量，分別進(jìn)行了DEM-FEM耦合分析和響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)。其仿真結(jié)果及響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)結(jié)果如表8所示。

由表8可以看出，經(jīng)有限元分析和響應(yīng)面模型兩種方式得到的同一變量差距不大，誤差均低于5%。因此，本文所建立的響應(yīng)面模型可以代替仿真分析，快速預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)空間內(nèi)對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)的噴丸強(qiáng)化效果，提高計(jì)算效率。

4 結(jié)論

利用DEM-FEM耦合噴丸模型開展噴丸工藝參數(shù)影響分析，并進(jìn)行工藝參數(shù)與表面殘余應(yīng)力及表面粗糙度的函數(shù)模型構(gòu)建，得出以下結(jié)論：

1）建立了DEM-FEM隨機(jī)多丸粒噴丸耦合模型，通過(guò)開展不同工藝參數(shù)下的噴丸試驗(yàn)，驗(yàn)證了DEMFEM耦合模型的準(zhǔn)確性，為后續(xù)研究大型工件、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模丸粒仿真提供了基礎(chǔ)。

2）通過(guò)BBD法設(shè)計(jì)了多組試驗(yàn)方案，利用DEMFEM耦合模型的噴丸仿真結(jié)果，得出噴丸速度、丸粒直徑以及覆蓋率的增加均會(huì)使工件表面殘余應(yīng)力在一定程度下呈現(xiàn)不同幅度的上升趨勢(shì)的結(jié)論，同時(shí)表面粗糙度值也會(huì)隨之增大。

3）基于響應(yīng)面分析法，考慮工藝參數(shù)的不確定性，基于DEM-FEM耦合方法建立了噴丸強(qiáng)化響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型。經(jīng)驗(yàn)證比較，該模型在設(shè)計(jì)空間范圍內(nèi)具有很高的近似精度，最大誤差精度控制在5%之內(nèi)，可以快速定量預(yù)測(cè)噴丸強(qiáng)化效果，提高計(jì)算效率。