体育器械用铝合金材料激光表面强化数值模拟

为研究激光表面强化技术在体育器械用铝合金材料的使用效果,利用有限元模拟方法完成激光表面强化过程的模拟分析。通过构建体育器械用铝合金材料物理模型,设定数值模拟边界条件等环节,实现体育器械用铝合金材料的激光表面强化数值模拟。选定实验对象,使用此数值模拟方法模拟加工过程。经实验结果证实,此方法模拟结果符合激光强化原理与技术特征,且数值模拟结果与实操结果较为贴近。在日后的研究中,可使用此技术设定激光强化参数,以此推动激光强化技术的发展。     

激光冲击强化残余应力的数值模拟研究

为了获得激光冲击强化诱导的残余应力场,采用数值模拟的方法,建立了单次激光冲击强化35CD4合金钢厚板2维轴对称有限元模型,对激光冲击过程中材料内部的能量变化、表面动态应力进行了分析,验证了显式动态求解时间选取的合理性,并讨论了模型网格单元尺寸、冲击压力空间分布模型选取对残余应力模拟结果的影响。结果表明,为了得到收敛的模拟结果,选用的网格单元尺寸应为0.03mm左右。单次圆斑激光冲击的残余应力计算结果与已知的实验测量结果吻合得较好。     

激光喷丸强化6061-T6铝合金板料的表面完整性研究

采用数值模拟和实验相结合的方法研究了6061-T6航空铝合金板料经激光喷丸强化后表面形貌、表面粗糙度、表面硬度、残余应力、表面显微组织结构等表面完整性的变化.结果表明激光喷丸后,试样表面喷丸区域的粗糙度降低;激光喷丸过程中冲击波诱导表面显微组织发生变化,位错密度增加,从而使得硬度增加,表面抗塑性变形能力得到提高;受喷板料正反两面均呈现残余压应力分布,最大残余应力值位于喷丸区域表面,厚度方向残余压应力随深度增加而逐渐减小.数值模拟得到的表面微凹坑截面轮廓及残余应力分布与实验结果相一致,表明可以用数值模拟方法对表面完整性进行预测,为激光喷丸过程参数优化和表面质量有效控制提供依据.     

有限元数值仿真在激光冲击强化中的研究与应用

通过有限元数值仿真方法对激光冲击强化处理进行数值模拟是分析该处理工艺形成过程、优化参数、制定合理的工艺方案的有效方式.研究从激光诱导等离子体爆轰波压力计算模型和材料动态响应本构模型两个方面对激光冲击强化的数值仿真方法进行了分析,对现有数值仿真的研究思路和取得的研究成果进行了总结,并指出了现存的问题和进一步的研究重点.     

CO2激光切割电子强化玻璃过程的有限元模拟与实验

在激光热裂法切割玻璃的过程中,温度起着至关重要的作用。为了准确掌握切割过程中温度场的分布,提高切割质量,提出了一种CO2激光切割玻璃基板的数值模拟方法。在ANSYS有限元环境下,建立了激光热应力切割电子强化玻璃的三维有限元分析模型,对温度场进行了分析。通过实验验证,得到了切割过程中温度场在不同参数下的变化及其对切割质量的影响以及温度分布与激光功率、光斑尺寸和扫描速度的非线性关系。     

激光喷丸强化CT试样疲劳裂纹扩展的数值研究

为了研究激光喷丸强化对疲劳裂纹扩展的影响,采用有限元分析软件ABAQUS和MSC.Fatigue相结合,以6061-T6铝合金CT件即紧凑拉伸试样为研究对象,数值模拟其经1次～3次激光双面喷丸处理后的残余应力大小、疲劳寿命、裂纹扩展速率及最终裂纹尺寸。在理论分析的基础上,建立面向抗疲劳制造的激光喷丸工艺有限元分析模型,首先在ABAQUS中模拟出激光喷丸诱导的残余应力场,再将其导入疲劳分析软件MSC.Fatigue进行激光喷丸后疲劳裂纹扩展及其性能的数值模拟分析。结果表明,激光喷丸处理可以有效抑制疲劳裂纹的扩展,降低裂纹扩展速率和增大最终断裂尺寸长度,从而达到延长疲劳寿命的目的,喷丸次数的增加在一定程度上增大了激光喷丸强化的效果,但增益的效果会减弱。这为激光喷丸强化抗疲劳制造的理论分析和后续试验提供了必要的依据。     

基于Taguchi方法的激光喷丸强化工艺参数的优化研究

为了对激光喷丸强化的工艺参数进行全面评估,通过改变激光能量A、脉冲宽度B和光斑直径C,对12mm厚的6061-T6铝合金板料进行模拟实验研究,旨在评价激光工艺参数对喷丸后残余应力的影响及彼此之间的交互作用.在Taguchi方法指导的基础上,采用ABAQUS有限元分析软件进行实验模拟,并运用MINITAB软件对数值模拟结果进行统计分析.结果表明,个激光工艺参数对残余压应力都有着显著的影响,按照对残余压应力影响程度的大小进行排序,依次为光斑直径、脉冲宽度和激光能量.最佳的参数水平组合为ABC2,对应的表面残余应力大小为125MPa.     

激光冲击强化残余应力场的数值仿真分析

有限元分析(FEM)是预测激光冲击强化处理(LSP)后材料的残余应力场、合理优化冲击参数非常有效的方法。通过对材料冲击响应过程的分析,建立了激光冲击强化处理的有限元分析模型,实现了激光冲击强化处理残余应力场的数值仿真。根据显式分析得到的材料内部各种能量变化过程,结合应力波理论,验证显式分析过程的正确性,提出显式分析求解时间的选择方法;分析了单次和多次冲击下材料内部的残余应力场分布,分析结果与实验结果非常接近。数值分析结果表明,表面残余应力在冲击区域内分布比较均匀,表层的残余应力梯度较小;多次重复冲击后,材料的残余压应力明显增加,残余压应力影响深度也显著加深;随着冲击次数的增加,材料的残余应力场趋于饱和。     

GCr15轴承钢激光强化温度场及组织结构

应用宽带扫描技术对GCr15轴承钢进行激光强化处理实验,实测激光相变硬化区的硬度和深度.采用有限元软件对激光强化过程中的温度场进行数值模拟,数值模拟结果与实验结果符合较好.激光淬硬层显微硬度分布主要与激光加热时温度场分布有关,奥氏体化过程中渗碳体的溶解和奥氏体中碳的浓度决定了最终微观结构和表面硬度.表面温度高、奥氏体化时间相对较长及冷却速率快导致了表面的高硬度.表面最高温度接近熔化温度时,仍含有一定数量的未溶渗碳体.     

金属板料激光喷丸与机械喷丸强化的应力场数值研究

在分析激光喷丸和机械喷丸强化机理的基础上，以有限元软件ABAQUS/CAE为平台，建立了激光喷丸强化模型和机械喷丸强化的有限元模型。解决了激光喷丸强化中激光冲击波转换加载的方法;对于机械喷丸强化，解决了弹丸与板料间的装配模型。数值模拟分析了激光单点喷丸板料后，材料厚度方向的残余应力分布，以及激光多点。多排喷丸板料后材料厚度方向的残余应力分布。对于机械喷丸强化，分析了单个弹丸高速撞击板料和多个受控弹丸撞击板料后残余应力分布场情况。通过分析比较这两种方法在板料中产生的残余应力大小、残余应力深度以及表面形貌的优劣，得到的结论是，激光喷丸强化提高材料使用寿命的效果明显优于传统的机械喷丸强化技术，激光喷丸有望替代传统机械喷丸技术在材料表面改性强化中获得广泛应用。     

激光淬火曲轴轴颈硬化层深度分布计算

本文介绍了曲轴激光淬火强化技术 ,采用千瓦级快速轴流式激光器对球铁曲轴进行了激光淬火试验。通过建立非稳态温度场模型 ,探讨了曲轴激光淬火时主轴颈处淬硬层深度沿激光扫描方向分布不均匀等问题 ,运用本模型可以在计算机上直接优化激光淬火工艺参数 ,避免了传统优化方法的不足。分析表明 ,理论计算和实际情况较为符合     

金属材料激光相变硬化的三维数值模拟

给出了用有限差分法对金属材料激光相变硬化过程建立的三维数值模型。模型考虑了工件有限尺度、工件材料热物理性质的温度依赖关系、激光处理参数以及对流、辐射造成的表面热损失．根据模型可以得出工件表面和内部任意部位的三维温度分布像，可以预测激光处理的相变层深，并据此优化激光处理参数的选定．通过对一种锆合金的激光相变硬化实验，验证了所得结果与模型理论计算的一致．     

激光对二元合金表面相变硬化的数值模拟

本文用有限差分法对合金材料激光相变硬化过程的温度场进行了三维数值计算。模型主要考虑了入射激光光束的Ｇａｕｓｓ分布特性,以及工件的有限尺寸,工件材料热物理性质的温度依赖关系,对流、辐射造成的表面热损失。根据模型可以得出工件表面及内部的温度分布,并预测激光处理的相变层深。     

激光淬火与中频感应淬火对比研究

利用摩擦磨损实验机对45CrNi钢开展了激光淬火和中频感应淬火摩擦磨损对比实验研究，并利用扫描电镜(SEM)、投射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等设备对两种淬火试样硬化层进行了微观分析。结果表明，在载荷50～250 N条件下，激光淬火试样的耐磨性比中频感应淬火试样提高了4%～21%;中频感应淬火试样的摩擦系数略大于激光淬火试样的摩擦系数。两者的主要磨损形式均为磨粒磨损，但中频感应淬火试样磨损后表面犁沟的深度和宽度大于激光淬火试样表面犁沟的深度和宽度。两种淬火方法淬硬层均为板条马氏体和少量针状马氏体的混合组织，但中频感应淬火淬硬层有大量的碳化物析出，碳化物含量多且碳化物颗粒大、残余奥氏体多。     

45钢激光相变强化梯度组织的研究 (原始组织的影响)

通过试验 ,分析研究了 4 5钢激光相变强化梯度分布的显微组织特征以及原始组织对 4 5钢激光相变强化梯度组织及其显微硬度的影响。通过对不同原始组织激光相变强化效果的对比分析 ,指出原始组织越细小弥散 ,成分越均匀 ,缺陷密度越高 ,材料的临界硬化温度越低 ,越有利于激光相变强化。在相同的激光处理工艺参数下 ,原始组织为淬火高温回火态时 ,激光相变强化的效果最显著 ,正火态次之。淬火回火态的激光相变强化比退火态具有更大的硬化层深度及更高的显微硬度     

CO2激光熔凝中熔池冷却过程检测研究

为了研究激光熔凝温度场的分布,采用非接触式的直接检测方法,研制了一套新型激光熔池动态检测系统,实时拍摄了激光熔凝中熔池冷却过程热辐射图像,进行了理论分析和实验验证,取得了熔池冷却时非稳态温度场分布数据。结果表明,激光熔凝熔池冷却过程分为熔化凝固和固态降温两个过程,检测得到了熔化时间、凝固时间、熔池温度场分布、熔池尺寸等信息。这一结果对于激光熔凝工艺参数的优化选择设计是有帮助的。     

脉冲激光相变硬化中的二维点阵光强分布设计

激光强度空间分布是影响脉冲激光相变硬化效果的重要因素。现有的二维点阵光束按强度均匀分布设计,不能完全满足应用要求。为此提出基于有限元(FE)分析的光强空间分布逆向设计思路,并给出了实现方法。建立脉冲激光相变硬化有限元模型,考虑了材料热物性参数随温度的变化和相变过程,并用实验进行校核。研究了二维点阵分布参数对温度场的影响,从目标温度场和硬化层形貌出发对二维点阵的分布参数进行调整,获得优化的强度空间分布。针对汽车冲压模具表面强化的工艺要求,应用此方法设计出具有实用价值的激光强度空间分布。     

脉冲激光表面强化数值模拟及热物性参量影响

建立了包含脉冲激光束时空分布、依赖于温度的材料参量、组织演化历史以及多次相变特征在内的脉冲激光表面强化三维有限元模型。针对常热物性和变热物性并考虑相变潜热两种情况，温度场及其演化分别得到了解析解和通用有限元软件的验证，强化区层深和宽度得到了实验验证。研究了材料热物性对强化区的影响，得到了一定范围内强化区层深随材料热物性参量的变化规律，即：热传导系数不变时，强化区层深随热扩散率的增加而增加；比热容不变时，强化区层深随热扩散率的增加而减小；热扩散率一定时，强化区层深随热传导系数和比热容的增加而降低。以球铁、共析钢和巾碳钢为例，分析了两种确定材料热物性常数方法，即一定温度范围内的平均值法和选取奥氏体化温度附近参量方法的可行性，研究表明平均值法可以得到较好的结果。     

激光入射角度对激光表面硬化效果的影响

研究不同激光入射角度对不同类型高功率ＣＯ_２激光表面硬化效果的影响。选定激光器后，在相同的输出功率，扫描速度，离焦量下，随着激光入射角度的变化，试样表面吸收的实际功率密度发生变化，因此引起激光硬化深度、硬化宽度、表面显微硬度变化。只有法线方向的能量被吸收，随着入射角度的增大。淬硬层的宽度逐渐增大，实际结果和理论计算基本相一致。     

工件形状对激光相变硬化温度场和应力场的影响

利用Sysweld有限元软件建立三维有限元模型,采用三维高斯热源,考虑材料热物性能随温度的变化,对平板和回转体内壁进行了激光相变硬化数值模拟。分析了温度场、残余应力以及马氏体分布的异同,研究了工件形状对激光相变硬化温度场和残余应力的影响规律。结果表明,在表层方向上,平板模型和回转体内壁模型的热循环相似;截面方向上,内壁模型峰值温度高于平板模型。处理后相变区组织均主要以马氏体为主,其体积分数约为90%。相变区边缘及热影响区产生残余拉应力,相变区存在残余压应力;与内壁模型相比,平板模型相变区中心残余压应力数值较大。