高斯激光辐照下膜基系统的温度场和应力场的瞬态分析

本文根据加载激光的工艺参数以及薄膜、基体的材料特性,建立了薄膜与基体的有限元模型,对高斯激光在加载在薄膜表面后的温度场进行有限元模拟,获得膜基系统中温度随时间的变化关系以及薄膜界面结合处的温升规律。并在此基础上根据薄膜和基体的热膨胀性能,进行薄膜和基体的应力场模拟,获得了膜基系统的应力场随时间的变化关系。模拟结果表明：在激光加载过程中,薄膜和基体中的温度场随着时间增加,由于热传导系数的差异在薄膜和基体之间产生温差。在膜基系统中产生的应力场主要集中在薄膜内部,膜基界面结合处产生的应力较大会导致薄膜的脱粘。模拟结果定性地反映了薄膜和基体中温度和热应力的变化规律,为分析激光划痕法的作用过程提供了一定的理论依据,对研究膜基系统失效进程具有重要意义。     

激光窄条喷丸成形的实验研究

利用短脉冲激光对LY12CZ航空铝合金进行了窄条激光喷丸(LP)成形。激光脉冲参数:波长为1.06μm,脉冲宽度为23 ns,光斑直径为7 mm,输出能量为22 J。试样外形尺寸为100 mm×25 mm×2 mm,喷丸窄条宽度为7 mm,条带内相邻光斑的距离为4 mm,相邻喷丸条带中心间距为15 mm。利用弧高仪测试样变形后的变形量,用X-350A残余应力测试仪测其残余应力,用HVS-1000硬度计测其显微硬度和用Taylor Hobson-5M测表面粗糙度。实验结果表明,试样经激光喷丸后,变成了曲率半径为1.87 m的单曲率件,冲击硬度得到提高,喷丸条带内的表面粗糙度值增大,但仍然保持光滑,试样上下表面的残余应力均有显著提高,其激光喷丸面的残余应力平均增加了250%,下表面平均增加了75%,喷丸条带内的硬度平均值增加约40%。     

球铁曲轴零件的激光冲击强化

采用具有五轴联动数控工作台的高功率钕玻璃激光冲击强化系统，对球铁曲轴主轴颈和连杆轴颈的圆角部位实施冲击强化处理。实验中采用的激光波长为1.06 μm，脉宽为23 ns，脉冲能量为25～40 J。用流动的水帘作为激光冲击的约束层材料，硅酸乙酯作能量吸收层。对冲击后试件的残余压应力、硬度和耐磨性等进行了测量分析。结果表明，球铁曲轴经激光冲击强化后，受冲击部位没有明显的宏观变形，获得了较高的表面硬度和残余压应力，耐磨性比未冲击强化处理提高1.4倍，有效地提高和改善了曲轴的使用寿命。     

激光喷丸成形中的残余应力

通过对激光喷丸成形(LPF)中残余应力场分布的研究,找出单点喷丸残余应力分布形式,以及单点多次、多点不同路径喷丸中后续冲击对前次冲击残余应力分布的影响规律。对准确控制残余应力分布,获得激光喷丸后所需的板料形状具有指导意义。利用钕玻璃高功率脉冲激光对厚度为1.2 mm的LY12CZ硬铝合金进行了单点激光喷丸,用X衍射应力测定仪考察了单点冲击后材料表面及深度方向的残余应力,用厚度为2 mm 的6061-T6铝合金板料进行三列窄条激光喷丸变形实验。以ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件为平台,建立了具有一定精度的激光喷丸过程中冲击波压力的加载模型,对板料的变形过程进行了数值模拟, 分别考察了不同激光能量,板料尺寸,冲击路径等工艺参数对残余应力场分布的影响。实验结合数值模拟探索激光喷丸的主要参数和残余应力场之间的相互关系。     

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。     

激光熔覆成形薄壁金属制件精度的预测模型

为了控制激光熔覆成形薄壁金属制件的精度，分析了激光熔覆成形金属薄壁的工艺理论和影响因素。采用BP神经网络建立了激光功率、光斑直径、扫描速度和送粉率与金属零件壁厚的非线形关系模型和激光熔覆成形薄壁制件的精度控制系统。通过优化神经网络的权值和阈值，并引入动量因子和学习速率的自适应调整，克服了BP算法容易陷入局部最小值的问题。用实验参数作为训练样本对模型进行训练，并进行了误差分析。实验和仿真结果表明，训练样本和检验样本的最大相对误差分别为1.93％和1.19％，预测精度高。该网络模型可用于优化激光熔覆成形工艺参数和成形金属制件精度的在线实时控制。     

激光冲击改善W6M05Cr4V2(M2)高速钢刀具材料耐磨性的研究

目的 研究激光冲击强化(LSP)技术对M2高速钢材料表面抗磨损性能的影响.方法 采用高功率短脉冲的强激光束对M2试样进行激光冲击处理,然后用显微硬度计测量试样冲击区横截面上的纵向显微硬度,用磨损试验机对冲击处理前后的试样进行磨损实验.结果 在铝箔涂层、流水约束层作用下对M2高速钢试样进行激光冲击强化处理,试样强化层中的奥氏体晶粒显著细化.试样冲击区横截面上形成了由表及里的纵向显微硬度梯度,获得了深约0.6 mm的硬化层,表层材料显微硬度峰值高达70HRC左右,比基体硬度提高10％左右.激光冲击处理后的M2试样表面较光洁,磨痕较少,磨痕底部相对平滑,犁沟深度较浅,磨损量较小,稳定磨损阶段较长,表面呈现较好的抗咬合性和较高的耐磨性.结论 经激光冲击处理后,M2高速钢材料强化层所获得的较细晶粒和较高硬度有效改善了表面抗磨损性能,进一步提高了M2高速钢刀具的切削性能与使用寿命.     

一种热流道阀杆式喷嘴的结构

针对热流道开关式喷嘴存在的问题,设计了一种阀杆式喷嘴,介绍了其结构、控制原理及其在工程应用中的特点,展望了阀杆式喷嘴的工业化应用前景.     

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。     

MEMS金属微构件的激光微喷丸强化技术分析与展望

介绍了适用于金属微构件处理的激光微喷丸技术,通过控制工艺参量和合理的路径规划,在试件表面产生有益的残余压应力分布,能有效提高工件的抗疲劳和磨损性能。概述了微喷丸技术的研究现状,总结了激光微喷丸的机理、关键技术和影响因素,分析了激光微喷丸研究中存在的问题,为今后激光微喷丸技术的进一步研究提供指导。