喷丸强化是一种有效提高材料疲劳强度的表面强化技术。航空铝合金弓形结构框在喷丸强化后会产生弯曲变形,不能满足航空结构件精密化制造要求。通过喷丸工艺参数优化,有效控制和降低结构件喷丸强化变形,对于提高喷丸强化工艺水平和结构加工精度具有重要意义。本文针对弓形结构框喷丸强化变形预测分析过程复杂、分析工作量大的问题,基于ABAQUS软件二次开发,研发了面向航空飞机典型复杂结构喷丸强化变形预测快速分析的有限元程序,以提高喷丸强化变形预测分析的效率,为航空结构件喷丸工艺参数优化和复杂结构精密化制造奠定基础。围绕上述问题本文开展的主要工作及研究成果如下:(1)针对航空制造中常用的7075-T651铝合金材料,基于有限元方法,建立单弹丸和随机多弹丸的喷丸过程分析模型,研究了常用喷丸工艺参数对铝合金材料残余应力的影响;并基于随机多弹丸模型,建立了典型常见喷丸工艺的残余应力数据库。分析的工艺参数包括了:弹丸直径、喷丸速度、喷丸角度以及喷丸覆盖率。分析结果表明:增加喷丸速度和弹丸入射方向与靶材表面的夹角可以显著提高残余压应力层深度和残余压应力峰值,但对残余压应力峰值所在深度影响不大;弹丸直径对0～0.1 mm深度内的残余应力值影响不大,对0.1 mm厚度以下的残余应力分布影响比较明显;随着喷丸覆盖率的增加,铝合金表层残余应力场的分布逐渐趋于稳定。(2)针对航空飞机制造中常见的弓形结构框,建立了复杂结构喷丸强化变形预测的分析方法,在此基础上开发了基于ABAQUS二次开发的弓形框喷丸变形预测有限元分析程序。该程序能够实现弓形框喷丸强化变形预测的参数化和自动化建模,满足多种喷丸工艺参数下的弓形结构框喷丸强化变形的快速预测。分析程序具有良好的人机交互界面、便于工程人员操作使用等特点,大大降低了复杂结构喷丸强化变形预测的难度,提升了分析效率,为弓形框喷丸强化工艺参数优化和精确制造提供了有效的工具。(3)基于所开发弓形框喷丸强化变形快速预测程序,分析了某型号弓形框在典型喷丸强化工艺下的变形规律。分析结果表明:仅对弓形框的外形面进行喷丸强化时,弓形框的变形以内收为主;仅对弓形框的腹板面进行喷丸强化时,弓形框的变形以外扩为主;相比与外形内表面,弓形框的变形量对外形外表面和腹板面喷丸气压的变化更为敏感。(4)针对上述典型弓形框,进行弓形框喷丸强化实验,测量分析了弓形框喷丸强化变形,并与有限元结果进行对比,验证了弓形框喷丸变形快速预测程序的准确性和有效性。结果表明本文所开发的弓形框喷丸强化变形快速预测程序具有一定的分析精度,能够满足工程中面向弓形结构框精确制造的喷丸工艺参数优化需求。