斜激光冲击强化残余应力场的数值仿真分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件对激光冲击强化过程进行有限元数值模拟,比较垂直冲击和斜冲击后LY12CZ航空铝合金板料的变形和残余应力场的分布。结果表明:斜激光冲击强化会在板材表层产生残余拉应力,并使压应力降低;通过垂直冲击和斜冲击配合使用,可以对激光冲击强化残余应力场进行优化。对激光冲击强化工艺参数的合理优化、板料变形过程的有效控制和进一步的实验研究具有指导意义。     

激光冲击处理对LY12CZ铝合金残余应力的影响

利用激光冲击波对LY12CZ铝合金表面进行了冲击处理,用X衍射法测试了其冲击后的残余应力.实验结果表明,LY12CZ铝合金原始状态的残余应力表现为拉应力,其均值为110～120 MPa,合理地选择约束层的材料与厚度、能量吸收层的材料、激光光斑参数与模式,冲击处理后的残余应力值为-50±8 MPa,达到了工艺要求的残余应力值范围(-40-60 MPa),实现了对LY12CZ铝合金表面残余应力的控制,有利于提高其表面涂层的结合强度.     

激光冲击处理对LY2航空铝合金低循环疲劳寿命影响研究

本文针对LY2航空铝合金材料，利用爆轰波理论、材料的屈服强度理论计算了激光冲击的参数范围。在此基础上设计进行了试件激光冲击处理前后的低循环疲劳寿命实验，得出激光冲击强化可以显著提高LY2航空铝合金试件的低循环疲劳寿命的结果。最后从残余应力和微观组织结构变化两方面分析了LY2航空铝合金这种低循环疲劳性能改善的根本原因。     

激光冲击处理对LY2航空铝合金低循环疲劳寿命影响研究

本文针对LY2航窄铝合金材料,利用爆轰波理论、材料的屈服强度理论计算了激光冲击的参数范围.在此基础上设计进行了试件激光冲击处理前后的低循环疲劳寿命实验,得出激光冲击强化可以显著提高LY2航空铝合金试件的低循环疲劳寿命的结果.最后从残余应力和微观组织结构变化两方面分析了LY2航空铝合金这种低循环疲劳性能改善的根本原因.     

激光冲击处理对LY2航空铝合金低循环疲劳寿命影响研究

本文针对LY2航窄铝合金材料,利用爆轰波理论、材料的屈服强度理论计算了激光冲击的参数范围.在此基础上设计进行了试件激光冲击处理前后的低循环疲劳寿命实验,得出激光冲击强化可以显著提高LY2航空铝合金试件的低循环疲劳寿命的结果.最后从残余应力和微观组织结构变化两方面分析了LY2航空铝合金这种低循环疲劳性能改善的根本原因.     

TC4钛合金激光冲击强化与喷丸强化的残余应力模拟分析

目的 通过对激光冲击强化和喷丸强化后的试样进行残余应力测试分析,得出两种工艺在残余应力形成机理、残余应力层深以及残余应力均匀性等方面的差异.方法 一方面采用有限元方法 模拟激光冲击强化及喷丸强化的过程,将材料在两种强化冲击下的响应进行对比,研究残余应力的形成过程,并对残余应力场的分布规律进行总结分析.另一方面,分别用两种强化技术处理TC4钛合金的表面,并用剥层X射线衍射实验测试材料表层的残余应力.最后将实验结果 与测试结果 进行对比,验证有限元模拟的有效性.结果 当这两种强化效果产生-500 MPa的表面平均残余应力时,激光冲击强化后的TC4钛合金表层残余压应力层深度可达0.6 mm以上,而喷丸强化后的TC4钛合金表层残余压应力层深度只有0.15 mm左右.结论 由于诱发材料塑性变形的机制不同,激光冲击强化往往能获得比喷丸强化更好的残余压应力深度,同时激光冲击强化的材料的表面残余应力分布也比喷丸强化的材料更均匀.     

激光冲击强化对紧固孔疲劳寿命的影响(英文)

研究激光冲击对航空铝合金LY12CZ紧固孔疲劳特性的影响,孔的直径为d3 mm。利用X射线衍射法测量残余应力,对试件进行疲劳断裂实验,并用扫描电子显微镜(SEM)观察试件疲劳断口的微观特征。结果表明:激光冲击会在紧固孔端面形成残余压应力,冲击试件的疲劳寿命是未冲击的3.5倍。通过断口的观察和比较发现,冲击后试件的疲劳裂纹源于次表层,而不是源于试件表层,冲击后疲劳断口快速扩展区的疲劳条纹间距比未冲击试件疲劳断口快速扩展区的疲劳条纹间距要小。另外,在冲击试件断裂区的韧窝明显比未冲击的要大,这与冲击时材料内发生塑性变形有关。     

激光冲击强化对7050铝合金小孔结构残余应力和疲劳性能的影响

研究了激光冲击强化对7050 T7451铝合金小孔结构显微硬度、残余应力和疲劳性能的影响。结果表明:当激光能量为30 J、光斑直径ø4 mm,冲击2次时,7050 T7451铝合金显微硬度显著提高,表层硬度相对于母材提高约12%且硬化层深度可达1 mm;残余压应力幅值超过300 MPa,影响深度可达约1 mm,明显大于喷丸强化残余应力影响层深度。激光冲击诱导的残余压应力可提高疲劳裂纹的萌生抗力,其较深的残余压应力层则有利于延长裂纹的扩展寿命。激光冲击强化后小孔结构疲劳寿命相对于母材提高了4.7~17.6倍,且其疲劳寿命增益及稳定性明显优于喷丸强化。     

LY12CZ铝合金焊件在热循环作用下的尺寸不稳定性

采用三坐标测量机作为测量方法试验研究了LY12CZ铝合金焊接件在经受热循环作用下的尺寸不稳定变形规律，并对产生这种变形的机理进行力学和微观组织分析。结果表明，LY12CZ铝合金焊接件经受9次热循环后，尺寸趋于稳定。焊件发生尺寸不稳定变形的原因与温度条件、微观组织的变化，焊接残余应力的松弛密切相关。     

Al-Mg-Sc合金与LY12CZ合金激光焊接工艺的研究

为改善LY12CZ合金焊接后的机械性能和抗腐蚀性能,采用激光表面焊接技术对Al-Mg-Sc合金和LY12CZ进行对焊.分析了金相组织、显微硬度、拉伸强度以及抗腐蚀性能,试验结果表明:采用激光焊接技术可以对Al-Mg-Sc合金和LY12CZ进行对焊,不仅可保证较高的强度,还可以获得晶粒细小、硬度高于基体的强化层,并且由于镁、钪合金元素的加入还可以提高铝合金的抗腐蚀性能.     

薄板激光冲击强化残余应力场的数值模拟与试验

激光冲击强化会在材料表面形成深度达到1 mm的残余压应力,而对于厚度小于1 mm的薄板,由于冲击时应力波的反射和叠加,其残余应力场的分布肯定不同于厚板。文章采用4种冲击方式(单面冲击、底面约束情况下的单面冲击、双面非同时冲击以及双面同时对冲)对2024铝合金薄板(厚度为1 mm)进行激光冲击强化,并应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对其进行数值模拟,系统分析经过4种不同的冲击方式,得到薄板的变形以及残余应力的分布情况。结果表明,双面同时对冲方式能够使薄板两面都产生很大的残余压应力,而且不会出现弯曲变形,是理想的冲击方式。     

激光冲击E690高强钢表面应变预测模型的建立

利用ABAQUS有限元软件对激光冲击波加载E690高强钢表面应变及应力变化过程进行仿真,分析了在不同冲击波压力下塑性形变与应力云图的关系,建立了激光冲击E690高强钢表面应变预测模型,并设计试验验证了该模型的准确性。结果表明,激光冲击下E690高强钢的动态响应遵循Hugoniot弹性极限公式,激光脉冲诱导的冲击波在E690高强钢表面引起的塑性形变与其表面的残余压应力成正相关,试验结果与仿真结果具有较好的一致性。     

激光冲击电火花堆焊焊缝表面的有限元模拟

为了探究激光冲击强化对电火花堆焊表面应力状况的影响,采用有限元分析软件ANSYS模拟电火花堆焊焊接过程,计算得出了焊接残余应力场的分布。在此基础上,利用ANSYS/LS-DYNA软件、进行了激光冲击堆焊焊缝表面的有限元模拟。结果显示:焊缝区域、热影响区域和基体残余应力经激光冲击处理都有明显的改善,焊缝区残余拉应力有效减少或消除。模拟结果与实验结果相吻合,这为有限元软件对焊接修复及激光处理工艺参数的优化提供了可靠的依据。     

激光冲击工艺对钛合金疲劳寿命的影响

研究激光加工工艺对Ti6A14V航空钛合金叶片表面粗糙度和残余应力的影响，并分析影响表面质量的激光加工工艺参数；探讨表面粗糙度和表面残余应力对叶片疲劳寿命的影响。结果表明，采用激光冲击航空叶片，叶片表面残余压应力大大增强，从而使得其抗疲劳破坏能力增强，而表面粗糙度减小；在激光脉冲功率允许的范围内，选择合适的冲击参数能有效降低叶片表面粗糙度，而表面残余压应力对疲劳寿命的影响起主导作用。     

TC4钛合金板材激光冲击强化动态应力波传播特性的数值模拟与实验

对广泛应用于飞行器构件上的TC4(Ti-6Al-4V)钛合金,当受到激光冲击强化后的内部动态应力波传播特性建立模型,并进行数值模拟和实验验证。结果表明,实验测试与仿真结果比较接近,证明该文数值模拟的合理性,为后续实验研究提供了理论依据。     

CADI磨球落球疲劳试验中的应力数值模拟及失效分析

应用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对CADI磨球在落球疲劳试验单次落球过程中的应力场进行了数值模拟.结果表明:磨球碰撞接触界面剪应力峰值出现在略偏离接触界面中心位置,等效应力峰值出现在接触界面中心位置.残余等效应力峰值和残余剪应力峰值均出现在撞击部位周围挤压区.作者认为,是残余应力的累积、应力诱发马氏体相变和加工硬化、磨球材质及冶金质量等综合因素引起的材料疲劳损伤导致了磨球的表层剥落失效.磨球亚表层夹渣物的存在是造成剥落失效的直接原因.     

基于Python的Abaqus二次开发在高温合金GH3039激光冲击强化中的应用

目的 提高高温合金GH3039激光冲击强化仿真建模的效率。方法 利用Python脚本语言对Abaqus进行二次开发,利用插件对高温合金GH3039激光冲击强化过程进行仿真分析。采用侧倾固定Ψ法,通过实验测量激光冲击强化后的残余应力,并对仿真结果进行验证,分析不同激光工艺参数作用下高温合金GH3039表面和深度方向残余应力的分布规律。结果 仿真插件界面简洁,操作性强,结果准确。在其他参数不变的情况下,残余压应力受到光斑尺寸的影响较大。相较于光斑直径为4、2 mm,在光斑直径为6 mm时,其中心位置残余压应力分别提高了4.3%、53%。随着光斑尺寸的增大,表面残余压应力增大,且变化梯度减小,深度方向的残余压应力增大。随着激光能量的增加,表面残余压应力增大,且变化梯度增大,残余压应力峰值位于中心区域附近,在激光能量为6、7、8 J时,残余压应力层的平均厚度分别为0.55、0.67、0.82 mm,深度方向残余压应力层增厚。随着冲击次数的增加,冲击区域表面残余压应力平均值高于单次冲击,且波动梯度增大,冲击1、2、3次后残余压应力层的平均厚度分别为0.55、0.71、0.85 mm,深度方向残余压应力层深度增大。结论 利用Python脚本语言对ABAQUS进行二次开发,提高了仿真建模的效率,可为快速预测不同激光工艺参数下高温合金GH3039残余应力的分布规律提供参考。     

FEM simulation of residual stresses induced by laser shock with overlapping laser spots

The finite element method is presented to attain the numerical simulation of the residual stresses field in the material treated by laser shock processing. The distribution of residual stresses generated by a single laser shock with square and round laser spot is predicted and validated by experimental results. With the Finite Element Method （FEM） model, effects of different overlapping rates and impact sequences on the distribution of residual stresses are simulated. The results indicate that： （1） Overlapping laser shock can increase the compressive residual stresses. However, it is not effective on the growth of plastically affected depth; （2） Overlapping rate should be optimized and selected carefully for the large area treatment. Appropriate overlapping rate is beneficial to obtain a homogeneous residual stress field; （3） The impact sequence has a great effect on the residual stress field. It can greatly attenuate the phenomenon of the “residual stress hole” to obtain a homogeneous residual stress field.     

激光冲击处理对X70管线钢焊接接头H_2S应力腐蚀影响

采用慢应变速率法(SSRT)进行了X70管线钢焊接接头在H2S介质中应力腐蚀试验,研究了H2S对X70管线钢焊接接头应力腐蚀开裂(SSCC)的敏感性,分析了激光冲击处理对X70管线钢焊接接头抗H2S应力腐蚀开裂SSCC行为的影响。结果表明,经激光冲击处理后X70管线钢焊接接头表面产生了晶粒细化和残余压应力,提高了管线钢焊接接头在NACE饱和H_2S溶液中抗应力腐蚀性能;原始状态试样在NACE饱和H_2S溶液中慢拉伸试验平均应力腐蚀敏感性指数>25%,有明显的应力腐蚀倾向;经激光冲击处理后试样在NACE饱和H_2S溶液中平均应力腐蚀敏感性指数为19.05%,应力腐蚀倾向不明显,因此,激光冲击处理有效地提高了X70管线钢焊接接头的抗应力腐蚀性能。