由于钛合金具有高比强度、低弹性模量、良好的力学性能和良好的生物相容性，所以在航空制造业、海洋结构及生物医学工程中得到广泛的应用。喷丸是一种利用大量高速弹丸撞击零件表面的冷加工过程，用于提高材料的性能，特别是疲劳寿命。由于大多数部件的疲劳失效源于金属部件的表面或次表面，先进的表面改性技术，如喷丸强化、抛光和激光冲击喷丸强化等，在改善疲劳寿命方面有实质性的优势，与其他表面强化技术相比，喷丸强化有强化效果明显、成本低、能源消耗少与适应性好等优势。喷丸强化工艺对提高钛合金零件的使用寿命和提高产品质量有着重要意义。在实际的喷丸强化工艺中，需控制不同的喷丸参数并进行大量的系统处理，导致其过程极其复杂。数值模拟能够有效解决这些问题，在工程中用来探索喷丸强化相关机理与强化效果，得到广泛应用。在目前的仿真模拟中，用户使用较多的CAE分析软件包括MSC.MARC、ANSYS、ABAQUS等。
本文主要阐述近些年国内外学者关于有限元仿真技术在钛合金传统喷丸、钛合金新型喷丸技术中的应用，总结了传统喷丸技术与新型喷丸技术的联系，为钛合金喷丸仿真研究提供建模方式与喷丸参数的参考，并对钛合金喷丸仿真技术做出初步展望。
为了使喷丸模拟中的喷丸效果与实际更加接近，周兆峰等基于ABAQUS软件建立了不同弹丸层向y轴偏置一定距离的喷丸强化模型，以残余预应力和表面粗糙度为研究目标，研究发现：喷丸速度在改善TC4钛合金残余应力场的同时会增大表面粗糙度，喷丸角度对残余应力场的影响较大，对表面粗糙度的影响较小。杨天南等运用CATIA V5软件建立单弹丸与三弹丸模型，并导入Workbench环境中进行喷丸模拟，探究不同弹丸速度与弹丸连续冲击对TC4工件喷丸效果的影响，结果发现，同一区域的连续作用对残余应力层深度起正向作用。孙辉基于ABAQUS软件对TC4叶片进行数值模拟分析，探究了喷丸强化过程中叶片受残余应力影响易产生变形的问题。邓玉娟等在考虑对称性的前提下，建立了1/4单丸喷丸的三维有限元模型，得到喷丸速度为60m/s时TC4钛合金表面的残余应力场与弹性应变场，提取九条路径下的残余应力，取均值后与其他实验结果进行对比，实验结果高度吻合。Xie L.等基于ABAQUS软件建立二维与三维仿真模型，对TC4钛合金表面喷丸作用下的残余应力场进行了数值模拟研究，对比二维单弹丸模型和三维36弹丸模型的残余应力，结果发现，两种模型下的残余应力变化趋势相似，通过X射线衍射法测量的残余应力结果与三维模型所得到的模拟结果一致，可知此三维模型可较好地预测残余应力场。
随机喷丸数值仿真的方式相较于规则弹丸数值仿真更加符合实际喷丸工艺。万银根等通过ABAQUS软件建立了随机弹丸模型，研究了喷丸强度对TA15钛合金热挤压轮廓表面的表面粗糙度与残余应力分布的影响，与实验结果对比发现，表面粗糙度的最大误差为9%，与残余应力相关的最大误差为14.9%，实验与模拟的相关误差均小于15%，可见随机弹丸模型可预测不同喷丸参数的实际TA15钛合金喷丸工艺。罗峰运用ABAQUS软件研究了单个弹丸冲击后TA15钛合金靶材残余应力与塑性应变的变化规律，并建立随机多丸模型，采用控制变量法探究了喷丸速度、弹丸直径等不同参数对TA15钛合金的残余应力与表面粗糙度的影响规律。Su N.等基于ABAQUS软件建立了随机多丸模型，探究了弹丸速度为30~60m/s时TC2钛合金表面残余应力的变化规律，试验测得的残余应力结果与仿真的最大误差为13.3%，证明了仿真模拟的可行性。王延忠等基于ABAQUS软件二次开发手段，运用Python中提供的随机函数生成随机弹丸球心坐标，保持弹丸在喷丸强化区域上方随机分布，且任意两个弹丸互不影响，弹丸坐标随机生成流程如图1所示。仿真结果表明，喷丸速度与弹丸半径均可以改善TC4试样的残余应力分布，但会增加表面粗糙度，并通过试验验证了仿真模拟的可行性。
以上研究只考虑了弹丸垂直入射，并没有考虑其他角度，王成等基于ABAQUS软件在相同弹丸速度与弹丸半径、不同喷丸角度的情况下，模拟了TC4钛合金表面的喷丸强化过程，相比于喷丸角度90°，喷丸角度60°可以引入更大的表面残余压应力与相对较小的表面粗糙度和最大的残余压应力。
苏雷等使用Workbench动态模块模拟喷丸强化过程，在不同喷丸参数下获取TC17钛合金表面为凸面、平面、凹面时的残余应力场分布。李开发等使用ABAQUS软件建立了不同曲率的凹面与凸面TC4钛合金曲面模型，对比发现，在相同喷丸参数下，随着曲率减小，凸面产生的表面粗糙度更大，凹、凸面的残余应力分布均得到改善。郭彪运用Python语言编程实现不同表面初始粗糙度TC4钛合金靶材的网格划分，与光滑平面对比发现，初始表面粗糙度对喷丸模拟后的残余应力分布有较大的影响。
蔡晋等运用UG软件构建了TC4钛合金表面喷丸强化的有限元模型，基于ABAQUS软件探究了超声喷丸中不同腔室能量分布对冲击力分布的影响。杨天南等建立了三组超声喷丸有限元模型，研究发现，激励幅值的增加使试件表面冲击点均匀分布，但会减小冲击峰之间的距离，同时增加表面粗糙度。为了探究TC4钛合金表面超声喷丸强化的过程，蔡晋等建立了DEM-FEM耦合的数值模型和ALE自适应网格模式，通过数值模拟探究了恒定恢复系数与动态恢复系数对TC4钛合金表面残余应力与表面形貌的影响。王征等以TC4钛合金材料为研究对象，研究了表面粗糙度对TC4钛合金材料表面超声波喷丸强化效果的影响。为了模拟真实情况下的TC4钛合金试件超声喷丸工艺，王谧等基于ABAQUS软件建立了一种48弹丸的多角度、多层数的超声喷丸新型模型，此模型可用于预测等效应力和残余应力。
李凡君等基于ABAQUS软件对典型形状的TC4钛合金金属板料的激光喷丸成形过程进行有限元模拟，此模拟对实际激光喷丸工艺有较大的参考价值。杨晶等采用ABAQUS软件并以MSC.Fatigue为平台，进行TC4钛合金单联中心孔激光喷丸仿真模拟，在一定的激光功率密度和覆盖率范围内，得出二者的增大均使表面残余压应力增大的结论。Hu C.等通过ABAQUS软件模拟了TC4钛合金靶材单次激光喷丸强化后的米塞斯应力和残余应力分布。为了提高TC4钛合金表面激光冲击之后的数值模拟精度，Sun B.等提出了新的残余应力预测模型，并利用ABAQUS软件模拟了激光喷丸的全过程，证明了预测模型的可行性。
Ayeb M.等运用ABAQUS软件模拟了关于TC4钛合金表面激光喷丸引起残余压应力场分布的过程。张永康等采用ABAQUS软件对激光冲击强化进行有限元模拟，探究了不同参数对TC4钛合金表面残余应力场的影响。Kostina A.等运用ABAQUS软件模拟了TC4钛合金表面激光喷丸强化，探究了不同参数对残余应力场的影响。Zhao M.等运用ABAQUS软件对TC17钛合金表面进行单侧冲击、双面同时冲击与双面非同步冲击的激光冲击模拟，对三种不同情况下表面变形与表面残余应力进行了分析。Zhu R.等运用ABAQUS软件建立三维有限元模型，预测激光喷丸处理的TC11钛合金表面残余应力与塑性影响层深度。Huang S.等运用ABAQUS软件模拟了TC4钛合金表面激光喷丸的全过程，证明激光喷丸能够提高TC4钛合金表面的残余应力与显微硬度。戴维等基于ABAQUS软件建立了一种圆柱形TC4钛合金板料几何模型，研究了不同参数对TC4钛合金板料变形范围的影响。
Wang C.等建立了一种基于位错机制的TC4钛合金本构模型与位错密度演化模型，通过在ABAQUS软件中建立三维有限元激光喷丸模型仿真发现，残余压应力层深度和晶粒细化程度随着激光光斑重叠率的增加而逐渐增大，神经网络预测的结果与有限元仿真结果吻合度较好。杨丰槐以ABAQUS软件为平台，分析不同工艺参数对TC4钛合金薄壁件的残余应力分布情况和表面粗糙度数值的影响，其激光冲击强化仿真流程如图4所示。Yan B.等应用ABAQUS软件进行激光仿真模拟对比发现，多次激光冲击相比于单次激光冲击可以小幅度提高TC4钛合金叶片表面残余应力的最大值。Li X.等运用ABAQUS软件对TC4钛合金分别进行了平顶光和高斯激光的激光喷丸模拟，预测结果与试验数据吻合较好。
大多数学者均采用ABAQUS软件对钛合金相关材料进行激光喷丸数值模拟，而使用其他有限元软件进行钛合金相关材料激光喷丸数值模拟的较少。Fang Y.W.等结合LSDYNA软件与ANSYS软件，分别分析了不同参数下激光喷丸对TC4钛合金叶片残余应力场的影响。Li P.等运用ANSYS/LS_DYNA软件建立TC4钛合金叶片激光冲击有限元模型，模拟了激光冲击之后的残余应力分布与能量分布，通过与实验结果对比，证明了有限元模型的准确性。
实际喷丸工艺中弹丸的撞击动能有限，通常会改变零件的表面形貌，并增大零件的表面粗糙度，超声喷丸则克服了这些缺陷。超声喷丸强化除能够像喷丸强化那样增强零件强度外，另一个好处是可以在较低温度和更短的时间下进行热处理，两种喷丸工艺的原理相同。激光喷丸技术是在传统喷丸技术的基础上发展起来的新型强化技术，与传统喷丸技术相比，具有冲击压力高、可以精确定位、加工后表面质量高与无热应力损伤的特点。Gujba A.K.等比较了超声喷丸与激光冲击喷丸，结果发现，超声喷丸强化后的表面具有更好的表面粗糙度和更高的残余应力，并且在表层产生的残余应力层分布更加均匀。
刘辉等建立了两个3D模型，模拟了超声喷丸与传统喷丸两种工艺过程，对比了不同喷丸参数下TC4钛合金试件超声喷丸与传统喷丸残余应力场的差异，结果发现，超声喷丸数值模拟中钛合金试件具有较低的表面粗糙度与较大的残余压应力。蒋聪盈等基于ABAQUS软件模拟了激光喷丸与传统喷丸两种过程，研究了两种工艺下塑性应变和残余应力在TC4钛合金表面的分布，对比发现，两者诱导表面发生塑性应变的机制不同，激光喷丸所产生的残余应力层深度为传统喷丸的4倍，并且前者所产生的残余应力在表层分布更均匀。胡正云等运用ABAQUS软件模拟了TB6钛合金激光喷丸和传统喷丸的过程，对比发现，激光喷丸能够产生更深的应力影响层，机械喷丸能够产生更大的残余压应力，传统喷丸或激光喷丸模拟都会增大钛合金表面的粗糙度，但传统喷丸与激光喷丸复合模拟能够改善钛合金表面的表面粗糙度。刘亚鹏等利用ABAQUS软件模拟了TC4钛合金喷丸强化、激光喷丸强化与传统喷丸和激光喷丸复合强化的过程，研究发现，复合强化下产生的残余应力最大，喷丸强化产生的残余应力次之，激光喷丸强化产生的残余应力最小。
（1）目前大多数喷丸仿真模型都没有考虑实际钛合金零件的相关形状，需对喷丸模型做出进一步改进，使其更加接近实际喷丸工艺。微观组织是影响疲劳寿命的重要因素，可以在喷丸仿真中引入微观金相模块，从微观角度探索不同喷丸参数对钛合金金相组织的影响，并为实际金相试验提供一定的参考。
（2）传统喷丸、超声喷丸和激光喷丸对部件表面特性和机械性能有着显著影响，在相同工艺条件下，三种喷丸工艺表面强化的数值模拟对比分析有一定的研究价值，可从传统喷丸、超声喷丸和激光喷丸中选取两者或三者进行复合模拟，对结果进行比较，从中选取最佳的强化方案。
（3）多数学者在钛合金喷丸模拟中验证了不同喷丸参数对喷丸效果的影响，但关于喷丸轨迹对喷丸强化效果的影响研究较少，这将成为今后的热点问题。
（4）大多数学者没有考虑由于车削或铣削等加工过程所产生的初始残余应力和表面粗糙度，这也是今后的重点研究方向。
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