喷丸强化是一种提高工件疲劳性能的表面处理工艺,经喷丸强化处理后的航空铝合金弓形结构件发生弯曲变形,是航空制造领域的共性难题。本文系统地研究了航空铝合金弓形结构件喷丸强化中的弯曲变形问题,建立弓形件喷丸变形理论预测模型,为航空铝合金弓形结构件的喷丸变形控制及喷丸参数优化提供理论依据,主要研究成果如下:(1)采用ABAQUS软件建立7075-T651铝合金靶材随机多弹丸喷丸有限元模型,获得不同喷丸参数下喷丸诱导应力场。基于数值模拟结果,分析了喷丸参数对喷丸诱导应力场的影响,结果显示:靶材压应力层深度随喷丸压力和喷射角度的增大而增大;最大压应力值随喷丸压力和喷射角度的增大而增大。(2)进行7075-T651铝合金试片喷丸试验,测量不同喷丸参数下试片弧高变化,并基于有限元模拟得到的诱导应力场计算7075-T651铝合金试片弧高值,将喷丸试验结果与计算结果进行对比,从而验证随机多弹丸喷丸有限元模型的有效性。(3)基于变截面曲梁平面弯曲理论,建立弓形件喷丸诱导应力与变形方程。为验证理论模型,采用直接应力法将喷丸诱导用力加载到弓形件有限元模型上,计算弓形件喷丸变形。将理论模型计算的弓形件最大变形与有限元方法计算结果进行对比,二者吻合较好,证明所建立理论模型在一定范围内能有效预测弓形件喷丸强化后的变形情况。基于理论模型,讨论了喷丸参数和喷丸区域对弓形件变形的影响:(a)弓形件变形量随喷丸压力和喷射角度的增大而增大;(b)喷丸强化工艺仅作用于弓形件腹板表面时,弓形件变形以侧弯收缩为主;(c)喷丸强化工艺仅作用于弓形件筋板表面时,弓形件变形以侧弯扩张为主。(4)进行弓形件喷丸试验,分别对弓形件腹板及筋板喷丸,检测喷丸后弓形件弯曲变形量,与理论结果进行对比进一步验证弓形件喷丸变形预测理论模型的有效性。(5)基于弓形件喷丸变形预测理论模型,建立弓形件喷丸参数优化方法,结合工程实际获得最优的喷丸参数,采用优化喷丸参数进行结构件喷丸试验,验证了喷丸参数优化方法的可行性。