高能高应变率金属板料超声喷丸成形的基础研究

开展高能超声波喷丸成形时变形规律及特点的基础理论研究和实验研究，解决撞针作为介质进行喷丸成形的机理、有限元精确建模以及变形场分析等关键技术问题。采用Hopkinson压杆实验获得材料高应变率动态本构关系，建立考虑应变率效应的热粘塑性本构模型，为有限元模拟提供可靠的数据来源；建立了一种实验测试系统，测试超声冲击载荷大小与分布，为有限元模拟提供真实载荷加载；通过超声喷丸成形的实验研究揭示板材成形精度特性与超声波参数及超声波冲击轨迹之间的内在联系；通过有限元模拟揭示超声喷丸成形过程应力大小及其分布，应力场分布形式与板料变形的规律；形成金属板材超声波喷丸成形基础理论，为实现超声波喷丸成形工件的高效、低成本、绿色、智能化制造进行探索。本研究成果将丰富板材成形工艺，可望替代传统的机械喷丸成形，具有重要的科学研究意义和工程实用价值。

本项目开展了高能超声波喷丸成形时变形规律及特点的基础理论研究、试验研究以及针对我国国产民用大飞机C919机翼整体壁板局部成形与校形的应用研究，解决了以撞针作为介质的超声波喷丸成形的机理探索、有限元精确建模、变形场分析以及成形后材料的性能试验和质量评估等关键技术性问题。借鉴传统的机械喷丸和现有的数控喷丸的理论和方法，针对高能高应变率这一新特点研究探索了实现超声波喷丸成形工件高效、低成本、绿色、高性能所需要开展的系列问题。项目研究为国内首个适用于大客研制生产的CPS4106《金属零件超声喷丸》工艺规范的建立提供了宝贵的基础数据。研究成果丰富了喷丸成形新工艺，具有重要的科学研究意义和工程实用价值。