CN117951967A - 一种喷丸成形仿真模拟方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种喷丸成形仿真模拟方法、装置、设备及介质，包括以下步骤：构建海量弹丸模型；构建待成型零件的实体有限元模型；其中，待成型零件具有非规则喷丸区域；基于实体有限元模型，对非规则喷丸区域进行网格划分；基于网格划分后的非规则喷丸区域，将海量弹丸模型和实体有限元模型进行耦合，以获得喷丸成形仿真模型；根据喷丸成形仿真模型，模拟喷丸成形过程，本申请具有可针对具有海量弹丸数目和非规则喷丸区域的喷丸成形过程进行有效模拟、且模拟精度较高的优点。

Description

一种喷丸成形仿真模拟方法、装置、设备及介质

技术领域

本申请涉及数字仿真技术领域，尤其涉及一种喷丸成形仿真模拟方法、装置、设备及介质。

背景技术

喷丸成形技术是利用压缩空气或者离心力，通过介质（弹丸）作用于金属材料表面变形区域，获得预期轮廓的成形技术。按照驱动弹丸加速形式包括气动式喷丸和抛丸，其中，喷丸工艺过程是一个含有海量数目弹丸参与的、涉及大量的弹塑性变形以及热变形等复杂的耦合过程，具体来说，一方面，以单个弹丸为例，弹坑周围的复杂的弹塑性变形不断累计，零件表面层晶粒细化以及位错密度的增加，引入表层残余压应力的同时，改变零件变成的组织性能等；另一方面，针对大尺寸、薄壁的零件喷丸强化过程中，零件自身的复杂、弱刚度、变截面等，导致喷丸引起变形的非线性复杂问题。

数字仿真方法是喷丸强化、成形及校形的重要研究手段之一，喷丸仿真发展先后历经了单个弹丸模型、双弹丸模型、周期弹丸模型、随机多弹丸模型等，但现有喷丸成型仿真方法针对具有海量弹丸数目和非规则喷丸区域的喷丸成形模拟精度较低。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种喷丸成形仿真模拟方法、装置、设备及介质，旨在解决现有喷丸成型仿真方法针对具有海量弹丸数目和非规则喷丸区域的喷丸成形模拟精度较低的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种喷丸成形仿真模拟方法，包括以下步骤：

构建海量弹丸模型；

构建待成型零件的实体有限元模型；其中，待成型零件具有非规则喷丸区域；

基于实体有限元模型，对非规则喷丸区域进行网格划分；

基于网格划分后的非规则喷丸区域，将海量弹丸模型和实体有限元模型进行耦合，以获得喷丸成形仿真模型；

根据喷丸成形仿真模型，模拟喷丸成形过程。

可选地，根据喷丸成形仿真模型，模拟喷丸成形过程，包括：

根据喷丸成形仿真模型，设置接触条件以及设置约束条件；其中，接触条件为海量弹丸模型中的弹丸与实体有限元模型中的待成型零件接触的条件，约束条件为实体有限元模型中的待成型零件边界约束的条件；

利用显式求解弹丸撞击待成型零件的过程，以获得显式计算结果；

将显式计算结果导入到隐式求解中，以获得待成型零件的节点信息，以模拟喷丸成形过程；其中，节点信息包括待成型零件的内部应力应变信息。

可选地，设置接触条件，包括：

建立第一面集合和第二面集合；

将所有弹丸的外表面添加至第一面集合中；

将待成型零件中非规则喷丸区域的网格和节点添加至第二面集合中；

在第一面集合和第二面集合之间添加接触关系命令。

可选地，设置接触条件，包括：

建立第一点集合和第二点集合；

将所有弹丸的中心点添加至第一点集合中，并对第一点集合中的所有点赋予初始速度；

将待成型零件的底面点添加至第二点集合中，并对第二集合点中的所有点设置自由度为0。

可选地，设置约束条件，包括：

解除喷丸成形仿真模型中的待成型零件底面的全约束；

对喷丸成形仿真模型中的待成型零件底面的多个边缘点进行约束。

可选地，构建海量弹丸模型，包括：

获取弹丸生成参数；其中，弹丸生成参数包括弹丸直径d、弹丸数目N以及生成弹丸的空间（x₀,y₀,z₀）；

生成多个随机坐标点，并对多个随机坐标点进行筛选，以剔除存在干涉和不在非规则喷丸区域的随机坐标点；

将筛选后的随机坐标点添加至预创建的坐标点集合中；

以坐标点集合中的点为中心点生成弹丸，将生成弹丸的数量加1，以获得弹丸生成数目；

将弹丸生成数目与弹丸数目N比较，若相等，则获得海量弹丸模型，若不相等，则返回至生成多个随机坐标点的步骤，直至弹丸生成数目与弹丸数目N相等。

可选地，生成多个随机坐标点，并对多个随机坐标点进行筛选，以剔除存在干涉和不在非规则喷丸区域的随机坐标点，包括：

生成第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i），并满足条件：0≤x_i≤x₀，0≤y_i≤y₀，0≤z_i≤z₀；

生成第二个随机坐标点（x_j，y_j，z_j）；其中，0≤j＜i；

获取第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i）和第二个随机坐标点（x_j，y_j，z_j）之间的距离D，判断距离D是否大于弹丸直径d，若否，则返回至所述生成第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i）的步骤，以获得多个初筛坐标点；

判断初筛坐标点是否在非规则喷丸区域内，若否，则返回至所述生成第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i）的步骤，以获得多个筛选后的随机坐标点。

为实现上述目的，本申请还提供一种喷丸成形仿真模拟装置，包括：

弹丸模型构建模块，用于构建海量弹丸模型；

零件模型构建模块，用于构建待成型零件的实体有限元模型；其中，待成型零件具有非规则喷丸区域；

网格划分模块，用于基于实体有限元模型，对非规则喷丸区域进行网格划分；

模型耦合模块，用于基于网格划分后的非规则喷丸区域，将海量弹丸模型和实体有限元模型进行耦合，以获得喷丸成形仿真模型；

模拟模块，用于根据喷丸成形仿真模型，模拟喷丸成形过程。

为实现上述目的，本申请还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，实现上述的方法。

为实现上述目的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，处理器执行所述计算机程序，实现上述的方法。

本申请所能实现的有益效果如下：

本申请通过构建海量弹丸模型，海量弹丸模型具备了弹丸数量较大的特性，然后构建具有非规则喷丸区域的待成型零件的实体有限元模型，并对非规则喷丸区域进行网格划分，将海量弹丸模型和实体有限元模型进行耦合得到喷丸成形仿真模型，即可模拟海量弹丸撞击待成型零件的过程，即模拟喷丸成形过程，且网格划分后的非规则喷丸区域具有多个细分网格，从而可分别对各网格进行应力分析，实现对零件变形参数的精确计算，从而可提高针对具有海量弹丸数目和非规则喷丸区域的喷丸成形的模拟精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请的实施例中一种喷丸成形仿真模拟方法的流程示意图；

图2为本申请的实施例中模拟撞击过程的原理示意图；

图3为本申请的实施例中求解零件喷丸成形过程的原理示意图；

图4为本申请的实施例中构建的海量弹丸模型的示意图；

图5为本申请的实施例中构建的喷丸成形仿真模型的示意图；

图6为本申请的实施例中对喷丸成形仿真模型中的待成型零件底面的多个边缘点进行约束后的应力分布分析示意图；

图7为本申请的实施例中双面喷丸成形仿真模拟的模型示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

实施例1

参照图1-图7，本实施例提供一种喷丸成形仿真模拟方法，包括以下步骤：

构建海量弹丸模型；

构建待成型零件的实体有限元模型；其中，待成型零件具有非规则喷丸区域；

基于实体有限元模型，对非规则喷丸区域进行网格划分；

基于网格划分后的非规则喷丸区域，将海量弹丸模型和实体有限元模型进行耦合，以获得喷丸成形仿真模型；

根据喷丸成形仿真模型，模拟喷丸成形过程。

现阶段的喷丸成形仿真方法包括代表性体积单元法和三层复合材料壳单元方法。其中，代表性体积单元模型是指在喷丸零件表面取一小块规则的单元用来代表整个零件表面的喷丸状态，这种方法主要是用来获取喷丸强化引入表面层的残余应力分布。而三层复合材料壳单元方法是基于喷丸工艺在金属材料表面层诱导的应力为基础，以零件的壳单元（面）有限元模型进行弹性等效计算的方法（不考虑零件由于喷丸诱导应力的施加的塑性变形）；传统的复合材料壳单元方法是把沿着厚度方向分成三部分：喷丸面、中间调整面和参考面，喷丸面部分施加等效喷丸载荷，通过中间面部分调整零件的厚度，该种方法具有一定的局限性，比如需要进行等效载荷的计算、无法分层查看变形后的残余应力梯度变化。目前，现阶段的喷丸成形仿真计算方法均是采用间接的等效方法，涉及到少量的弹丸撞击金属的代表性体积单元，通过代表性体积单元上的获得喷丸应力沿着厚度的分布去评价喷丸强化效果，在此基础上，采用理论计算弯矩和延展载荷去计算零件的弯曲变形和延展变形，也通过传统的三层复合材料壳单元模型对喷丸成形进行仿真计算。这些理论和仿真方法与实际海量真实数目的弹丸参与的喷丸工艺有一定的差距，主要不足体现在弹丸数目很少，与实际的数百万弹丸参与的喷丸工艺过程差距很大，实际的弹丸数目与喷丸工艺参数有关，少量的弹丸撞击代表性单元这种仿真方法可能丢失一些信息，更适合喷丸强化工艺，同时，代表性体积单元上的喷丸区域往往是规则的，大部分是正方形和圆形区域，有很大的局限。另外，通过复合材料壳单元的方法模拟喷丸成形，首先需要假设整个喷丸区域的喷丸诱导应力的均匀一致性，这与实际有出入，尤其针对喷丸覆盖率不达到100%的低覆盖率喷丸成形，实际上，喷丸成形工艺参数往往处于低覆盖率的情况，这种复合材料壳单元方法没有办法获得均匀的喷丸诱导应力分布；其次在仿真之前，需要获得不同喷丸工艺参数下的喷丸诱导应力通过理论方法分布获得按照复合材料三层壳单元的对应的等效应力载荷才能计算，且只考虑到了平面方向的应力水平忽略了法向的应力水平这与实际喷丸过程也存在较大的出入，丢失了一些细节，计算精度有待提高，操作复杂，且需要很强的力学理论基础和数据处理能力。

因此，在本实施例中，通过构建海量弹丸模型，海量弹丸模型具备了弹丸数量较大的特性，然后构建具有非规则喷丸区域的待成型零件的实体有限元模型，并对非规则喷丸区域进行网格划分，将海量弹丸模型和实体有限元模型进行耦合得到喷丸成形仿真模型，即可模拟海量弹丸撞击待成型零件的过程，即模拟喷丸成形过程，且网格划分后的非规则喷丸区域具有多个细分网格，从而可分别对各网格进行应力分析，实现对零件变形参数的精确计算，从而可提高针对具有海量弹丸数目和非规则喷丸区域的喷丸成形的模拟精度。

需要说明的是，可在Abaqus软件中生成PD3D离散单元代表实体弹丸，这些实体弹丸只包含一个节点，但具有弹丸的各种属性，包括弹性模量，阻尼系数、密度等，在此基础上，建立零件的实体有限元模型，在非规则喷丸区域进行网格细化，最后，在INP文件（INP文件是一种文本文件，包含了整个模型的完整描述，在前处理器和求解器之间建立一个传递数据的桥梁）中组合离散元弹丸模型和零件实体单元模型，即可得到喷丸成形仿真模型。

综上所述，本实施例针对覆盖率不满足100%的喷丸成形，具体来说可实现在非规则喷丸区域和海量数目弹丸直接撞击零件发生喷丸成形的快速仿真和精准预测，针对零件的三维实体模型直接模拟喷丸成形，保证计算精度和捕捉关键信息，且本方法更直观，省去了中间喷丸诱导应力的提取和施加到复合材料壳单元上的步骤。总体来说，本实施例的仿真方法能够弥补现阶段喷丸强化和喷丸成形方法的弹丸数目少的不足，填补了上千弹丸到数十万到百万弹丸数目的喷丸成形模型区间的空白，发挥了离散单元和实体单元的各自优势并通过INP文件进行操作，逻辑清晰、操作流程简单，几乎不需要GUI界面操作，从而可实现非规则区域喷丸直接成形的仿真。

作为一种可选的实施方式，根据喷丸成形仿真模型，模拟喷丸成形过程，包括：

根据喷丸成形仿真模型，设置接触条件以及设置约束条件；其中，接触条件为海量弹丸模型中的弹丸与实体有限元模型中的待成型零件接触的条件，约束条件为实体有限元模型中的待成型零件边界约束的条件；

利用显式求解弹丸撞击待成型零件的过程，以获得显式计算结果；

将显式计算结果导入到隐式求解中，以获得待成型零件的节点信息，以模拟喷丸成形过程；其中，节点信息包括待成型零件的内部应力应变信息。

在本实施方式中，通过设置接触条件，可使喷丸成形仿真模型中的弹丸接触待成型零件，从而模拟撞击过程，然后设置约束条件，可使零件内部应力随撞击发生变化，从而模拟撞击后零件变形过程，如图2所示，然后利用显式求解弹丸撞击过程，显式求解是一个动态冲击过程，可根据弹丸速度和弹丸到零件表面的距离计算弹丸撞击时间，该时间就是显式求解需要设置的时间，再利用隐式求解零件喷丸成形过程，隐式求解不存在时间概念，是一个准静态过程，可以通过质量缩放的方式加快计算，总的来说把显式计算结果导入到隐式计算求解中，即隐式求解中导入了显式计算，即可获得零件内部应力应变等节点信息，利用零件的诱发应力与残余应力的关系曲线即可计算得到零件内部的应力应变信息，如图3所示，从而实现喷丸成形过程的模拟。

需要说明的是，显式求解法与隐式求解法是有限元计算中的两种最常用的求解方法。在显式求解过程中，每个增量步内不需要进行迭代求解，且无需形成切线刚度矩阵，故每个增量步内计算量相对于隐式求解方法消耗较小，一般与单元规模成正比，但增量步长也不能过大，一般不超过模型最小自由振荡周期的1/10，否则容易导致计算结果发散。在隐式求解过程中，每个增量步都需要进行平衡迭代，需要形成切线刚度矩阵，计算量相对较大，一般与单元规模和迭代收敛速度相关，隐式求解的收敛速度和稳定性根据选择迭代方法的不同而不同，因此，需要针对模型特性选择合适的增量步长，保证计算结果的收敛。

作为一种可选的实施方式，设置接触条件，包括：

建立第一面集合和第二面集合；

将所有弹丸的外表面添加至第一面集合中；

将待成型零件中非规则喷丸区域的网格和节点添加至第二面集合中；

在第一面集合和第二面集合之间添加接触关系命令。

在本实施方式中，通过分别将所有弹丸的外表面和非规则喷丸区域的网格和节点添加至不同的面集合中，即第一面集合和第二面集合，然后通过在两个面集合之间添加接触关系命令，从而可使弹丸与非规则喷丸区域不同的网格和节点进行接触，实现模拟撞击过程。

作为另一种可选的实施方式，设置接触条件，包括：

建立第一点集合和第二点集合；

将所有弹丸的中心点添加至第一点集合中，并对第一点集合中的所有点赋予初始速度；

将待成型零件的底面点添加至第二点集合中，并对第二集合点中的所有点设置自由度为0。

在本实施方式中，通过将所有弹丸的中心点和待成型零件的底面点添加至不同的点集合中，即第一点集合和第二点集合，对第一点集合中的所有点赋予初始速度，即赋予弹丸一个初始速度，且初始速度方向朝着零件，而第二集合点中的所有点设置自由度为0，即零件底面保持固定，从而也可实现模拟撞击过程。

作为一种可选的实施方式，设置约束条件，包括：

解除喷丸成形仿真模型中的待成型零件底面的全约束；

对喷丸成形仿真模型中的待成型零件底面的多个边缘点进行约束。

在本实施方式中，建立喷丸成形仿真模型后，此时零件底面全约束，如图5所示，此时弹丸的动能转换成内能储存在零件内部，先去掉对整个零件底面的全约束，改为只对零件几个边缘点的约束形式，例如对第一个点进行六个自由度全约束（即XYZ=0），第二点只约束XZ方向位移，第三个点只约束YZ方向位移，第四个点只约束Z方向位移，如图6所示，这样零件在改变边界位移后，储存在零件内部的内能转换成喷丸成形能，使得零件发生变形，即实现零件受弹丸撞击后变形的模拟。

作为一种可选的实施方式，构建海量弹丸模型，包括：

获取弹丸生成参数；其中，弹丸生成参数包括弹丸直径d、弹丸数目N以及生成弹丸的空间（x₀,y₀,z₀）；

生成多个随机坐标点，并对多个随机坐标点进行筛选，以剔除存在干涉和不在非规则喷丸区域的随机坐标点；

将筛选后的随机坐标点添加至预创建的坐标点集合中；

以坐标点集合中的点为中心点生成弹丸，将生成弹丸的数量加1，以获得弹丸生成数目；

将弹丸生成数目与弹丸数目N比较，若相等，则获得海量弹丸模型，若不相等，则返回至生成多个随机坐标点的步骤，直至弹丸生成数目与弹丸数目N相等。

在本实施方式中，建立海量弹丸模型需要前期获得海量弹丸的随机均匀坐标点，针对非规则喷丸区域，可利用Python随机生成非规则的随机坐标点的程序，程序开始时，输入弹丸直径d、弹丸数目N以及生成这些弹丸的空间（x₀,y₀,z₀），然后预先创建一个坐标点集合，生成多个随机坐标点，还需要进行筛选，以剔除存在干涉和不在非规则喷丸区域的随机坐标点，筛选后的坐标点即可放入到坐标点集合中，从而实现生成在非规则区域均匀且非干涉离散的海量坐标点，在此基础上，可在Abaqus软件中利用这些坐标点上生成PD3D离散单元代表实体弹丸，这些实体弹丸只包含一个节点，但具有弹丸的各种属性，包括弹性模量，阻尼系数、密度等，然后计算当前弹丸生成数目并使弹丸生成数目加1，判断是否满足弹丸生成数目等于N这个条件，若满足，即可获得满足条件的海量弹丸模型，若不满足，则迭代该步骤，继续生成新的坐标点，直到满足条件为止，从而可以方便快捷地生成各种用于非规则喷丸区域的均匀随机坐标点，这些坐标点之间的距离满足弹丸与弹丸之间的干涉，并利用随机坐标点和PD3D离散单元，实现建立海量弹丸模型。

作为一种可选的实施方式，生成多个随机坐标点，并对多个随机坐标点进行筛选，以剔除存在干涉和不在非规则喷丸区域的随机坐标点，包括：

生成第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i），并满足条件：0≤x_i≤x₀，0≤y_i≤y₀，0≤z_i≤z₀；

生成第二个随机坐标点（x_j，y_j，z_j）；其中，0≤j＜i；

获取第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i）和第二个随机坐标点（x_j，y_j，z_j）之间的距离D，判断距离D是否大于弹丸直径d，若否，则返回至所述生成第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i）的步骤，以获得多个初筛坐标点；

判断初筛坐标点是否在非规则喷丸区域内，若否，则返回至所述生成第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i）的步骤，以获得多个筛选后的随机坐标点。

在本实施方式中，生成随机坐标点时，先生成第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i），并满足条件：0≤x_i≤x₀，0≤y_i≤y₀，0≤z_i≤z₀，从而保证坐标点在弹丸的空间（x₀,y₀,z₀）内，然后再生成第二个随机坐标点（x_j，y_j，z_j），计算两坐标点距离D，其表达式如下：

然后判断D是否大于d，从而保证弹丸之间不发生干涉，当不满足该条件下，重新调用随机点生成函数，生成计算下一个随机坐标点，继续判断弹丸之间是否干涉，直到满足条件，然后再判断该点坐标是否满足在给定的非规则喷丸区域内（即是否满足y＜f(x)条件），如果不满足则去除掉该坐标点，重新生成坐标点进行继续逻辑判断，如满足条件，把该坐标点放入到坐标点集合xyz中，从而实现生成各种用于非规则喷丸区域的均匀随机坐标点。

综上所述，本实施例可针对非规则的喷丸区域，可以实现海量弹丸在任意喷丸区域上的喷丸直接成形研究，也可以实现按照喷丸区域的先后顺序实现顺序喷丸。除此之外，双面喷丸也广泛应用于制造业，本实施例的方法对喷丸成形过程中的延展变形也可以精确的捕捉，例如对零件的对称表面进行相同喷丸工艺参数的双面喷丸，使得零件只发生平面的延展变形而不发生弯曲变形，这样就可以精确的获得双面喷丸变形的延展变形量，如图7所示，对精确制造具有重要意义。

实施例2

基于与前述实施例相同的发明思路，本实施例还提供一种喷丸成形仿真模拟装置，包括：

弹丸模型构建模块，用于构建海量弹丸模型；

零件模型构建模块，用于构建待成型零件的实体有限元模型；其中，待成型零件具有非规则喷丸区域；

网格划分模块，用于基于实体有限元模型，对非规则喷丸区域进行网格划分；

模型耦合模块，用于基于网格划分后的非规则喷丸区域，将海量弹丸模型和实体有限元模型进行耦合，以获得喷丸成形仿真模型；

模拟模块，用于根据喷丸成形仿真模型，模拟喷丸成形过程。

本实施例的装置中各模块的相关解释和举例可参照前述实施例的方法，这里不再赘述。

实施例3

基于与前述实施例相同的发明思路，本实施例提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，实现上述的方法。

实施例4

基于与前述实施例相同的发明思路，本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，处理器执行所述计算机程序，实现上述的方法。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种喷丸成形仿真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建海量弹丸模型；

构建待成型零件的实体有限元模型；其中，所述待成型零件具有非规则喷丸区域；

基于所述实体有限元模型，对所述非规则喷丸区域进行网格划分；

基于网格划分后的非规则喷丸区域，将所述海量弹丸模型和所述实体有限元模型进行耦合，以获得喷丸成形仿真模型；

根据所述喷丸成形仿真模型，模拟喷丸成形过程。

2.如权利要求1所述的一种喷丸成形仿真模拟方法，其特征在于，所述根据所述喷丸成形仿真模型，模拟喷丸成形过程，包括：

根据所述喷丸成形仿真模型，设置接触条件以及设置约束条件；其中，所述接触条件为所述海量弹丸模型中的弹丸与所述实体有限元模型中的待成型零件接触的条件，所述约束条件为所述实体有限元模型中的待成型零件边界约束的条件；

利用显式求解所述弹丸撞击所述待成型零件的过程，以获得显式计算结果；

将所述显式计算结果导入到隐式求解中，以获得所述待成型零件的节点信息，以模拟喷丸成形过程；其中，所述节点信息包括所述待成型零件的内部应力应变信息。

3.如权利要求2所述的一种喷丸成形仿真模拟方法，其特征在于，所述设置接触条件，包括：

建立第一面集合和第二面集合；

将所有所述弹丸的外表面添加至所述第一面集合中；

将所述待成型零件中非规则喷丸区域的网格和节点添加至所述第二面集合中；

在所述第一面集合和所述第二面集合之间添加接触关系命令。

4.如权利要求2所述的一种喷丸成形仿真模拟方法，其特征在于，所述设置接触条件，包括：

建立第一点集合和第二点集合；

将所有所述弹丸的中心点添加至所述第一点集合中，并对所述第一点集合中的所有点赋予初始速度；

将所述待成型零件的底面点添加至所述第二点集合中，并对所述第二集合点中的所有点设置自由度为0。

5.如权利要求2所述的一种喷丸成形仿真模拟方法，其特征在于，所述设置约束条件，包括：

解除所述喷丸成形仿真模型中的待成型零件底面的全约束；

对所述喷丸成形仿真模型中的待成型零件底面的多个边缘点进行约束。

6.如权利要求1-5中任一项所述的一种喷丸成形仿真模拟方法，其特征在于，所述构建海量弹丸模型，包括：

获取弹丸生成参数；其中，所述弹丸生成参数包括弹丸直径d、弹丸数目N以及生成弹丸的空间（x₀,y₀,z₀）；

生成多个随机坐标点，并对多个所述随机坐标点进行筛选，以剔除存在干涉和不在非规则喷丸区域的随机坐标点；

将筛选后的随机坐标点添加至预创建的坐标点集合中；

以所述坐标点集合中的点为中心点生成弹丸，将生成弹丸的数量加1，以获得弹丸生成数目；

将所述弹丸生成数目与所述弹丸数目N比较，若相等，则获得海量弹丸模型，若不相等，则返回至所述生成多个随机坐标点的步骤，直至弹丸生成数目与弹丸数目N相等。

7.如权利要求6所述的一种喷丸成形仿真模拟方法，其特征在于，所述生成多个随机坐标点，并对多个所述随机坐标点进行筛选，以剔除存在干涉和不在非规则喷丸区域的随机坐标点，包括：

生成第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i），并满足条件：0≤x_i≤x₀，0≤y_i≤y₀，0≤z_i≤z₀；

生成第二个随机坐标点（x_j，y_j，z_j）；其中，0≤j＜i；

获取所述第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i）和所述第二个随机坐标点（x_j，y_j，z_j）之间的距离D，判断所述距离D是否大于所述弹丸直径d，若否，则返回至所述生成第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i）的步骤，以获得多个初筛坐标点；

判断所述初筛坐标点是否在所述非规则喷丸区域内，若否，则返回至所述生成第一个随机坐标点（x_i，y_i，z_i）的步骤，以获得多个筛选后的随机坐标点。

8.一种喷丸成形仿真模拟装置，其特征在于，包括：

弹丸模型构建模块，用于构建海量弹丸模型；

零件模型构建模块，用于构建待成型零件的实体有限元模型；其中，所述待成型零件具有非规则喷丸区域；

网格划分模块，用于基于所述实体有限元模型，对所述非规则喷丸区域进行网格划分；

模型耦合模块，用于基于网格划分后的非规则喷丸区域，将所述海量弹丸模型和所述实体有限元模型进行耦合，以获得喷丸成形仿真模型；

模拟模块，用于根据所述喷丸成形仿真模型，模拟喷丸成形过程。

9.一种计算机设备，其特征在于，该计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，处理器执行所述计算机程序，实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。