混合水射流喷丸强化作为一种金属表面改性技术,克服了材料制造过程中产生的种种缺陷,使工件表面形成理想的组织结构和残余应力分布,从而提高工件的疲劳寿命。残余应力与表面形貌作为影响工件疲劳寿命的重要因素,一般需要通过实验进行检测,并且涉及工件表面的材料去除,造成研究成本高、效率低且操作复杂。有限元模拟能够为混合水射流喷丸强化过程提供一种直观、经济又高效的研究方法。因此本文运用理论与模拟相结合的方法,对混合水射流喷丸强化时的残余应力场生成与耦合机理进行了深入研究;在保证靶材残余压应力场大小和深度的同时尽量减小表面粗糙度,对射流工艺参数进行了优化,主要的研究工作包括:(1)首先对混合水射流喷丸强化后残余应力场的生成与耦合机理进行分析,在此基础上建立了混合水射流冲击强化平面靶材后残余应力的数学模型。接下来针对混合水射流顺序喷丸时靶材表面成形机理进行研究,得到丸粒半径、丸粒速度与丸粒中心距等对表面形貌的影响规律。(2)利用ABAQUS有限元软件建立了混合水射流喷丸强化的单丸粒有限元模型,通过改变丸粒速度、半径、喷射角度以及靶材几何特征,分析靶材残余应力场、表面形貌以及等效塑性应变的变化规律。结果表明丸粒速度和半径都会影响到最终强化效果;当丸粒速度提高,残余压应力明显增大,且残余压应力层的深度增加;与丸粒速度相比,丸粒半径对残余压应力层深度的影响更加显著;随着喷射角度增大,弹坑深度和残余压应力层深度明显增大;不同靶材几何特征的强化效果依次为凹槽面>平面>圆柱面>球面。(3)利用ABAQUS有限元软件分别建立了混合水射流单点固定、单道顺序和多道顺序喷丸强化18Cr Ni Mo7-6的三维有限元模型,在此基础上研究靶材的残余应力场和表面形貌变化,进一步深入分析了混合水射流顺序喷丸强化时靶材残余应力场的生成与耦合机理,并对比分析了残余应力场与表面形貌的数学模型计算结果和有限元模拟结果。当靶材表面的凹坑相互干涉后,减小丸粒中心距可以大幅减小表面粗糙度,同时获得更加均匀的残余压应力场分布。增大丸粒速度与半径,有利于引入较深的残余压应力层,表面粗糙度也随之增大。