Simulation and experimental approach for shot velocity evaluation in ultrasonic shot peening

Simulation et approche expérimentale pour l’évaluation des vitesses de billes pour le grenaillage ultrasons

¹ Laboratoire des Systèmes Mécaniques et d’Ingénierie Simultanée (LASMIS), Université de Technologie de Troyes, 12 rue Marie Curie, 10000 Troyes, France
² Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée (LPTMC), Université Pierre et Marie Curie, 4 place Jussieu, 75252 Paris, France
³ SNECMA Évry-Corbeil, route Henri Auguste Desbruères, BP 81, 91003 Évry, France
⁴ SONATS SAS, 2 rue de la Fonderie, BP 40538, 44475 Carquefou Cedex, France

^a Corresponding author: jawad.badreddine@gmail.com

Received: 3 May 2011
Accepted: 23 May 2011

Abstract

The process of ultrasonic shot peening has been studied from two aspects: (a) a 3D numerical model of shot motion in the peening chamber based on the theory of granular gases, (b) an experimental setup developed for measuring shot velocity distribution in the chamber and impact locations on the peened surface. The aim of such study is to propose an experimental method providing shot trajectories in order to validate the 3D model for the process parameter optimization, used for example in the aeronautic industry. The presented results illustrate the value of the model in the understanding and mastering of the process, as well as its usefulness, on one hand for the design of peening chambers, and on the other hand for a better definition of numerical models that help to predict residual stresses generated in the peened material.

Résumé

Nous avons étudié le procédé de grenaillage ultrasons sous deux aspects : (a) un modèle numérique 3D de la dynamique des billes dans l’enceinte de traitement basé sur la théorie des gaz granulaires, (b) un dispositif expérimental développé pour mesurer la distribution des vitesses des billes dans l’enceinte et au niveau de la surface traitée. L’intérêt d’une telle étude est de proposer une méthode expérimentale qui donne accès aux trajectoires des billes et de valider le modèle numérique pour optimiser les paramètres de ce procédé, utilisé par exemple en aéronautique. Les résultats présentés dans ce manuscrit illustrent l’intérêt du modèle dans la compréhension et la maîtrise du procédé, ainsi que son utilité, d’une part pour la conception des enceintes de grenaillage, et d’autre part pour une meilleure formulation de modèles numériques servant à la prédiction des contraintes résiduelles générées dans le matériau grenaillé.