CO_2激光融化聚合物的理论研究

为了研究聚合物的激光熔融塑化效果,在分析CO2激光对聚合物的光热作用基础上,建立激光融化聚合物理论模型,依据能量守恒和热物理原理,计算推导了激光参数与温度变化的数学关系表达式,并以CO2激光融化典型聚合物为例,数值计算和实验分析激光参数对融化深度的影响。结果表明:聚合物呈现出浅表面融化和深度融化两种特征,选择合适激光参数能够实现由表及里的聚合物整体融化,理论计算的融化深度与实验测量结果较为吻合,利用所建立的理论模型及其相关分析公式,可为探索CO2激光辐照的聚合物塑化成型加工提供理论依据。     

PMMA微结构件激光融化成型实验

为了满足聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微结构件的高效率和高质量成型加工,提出了激光融化成型新方法,设计和研制实验装置,采用CO2激光扫描辐照方式进行融化成型实验,依据热物理和能量守恒原理,理论计算和模拟分析试样在激光扫描过程中的温度场变化,并通过正交实验设计和实验,分析工艺参数对微结构复制精度的影响。结果表明:熔体温度是影响成型质量的主要因素,温度高则成型精度好;工艺参数对微结构复制精度的影响程度分别是:激光功率对提高复制精度起决定性作用,其次是扫描时间和模具温度,最后是成型压力。采用优化后的工艺参数进行实验,获得较好的微结构复制精度,表明了PMMA微结构件的激光融化成型具有可行性。     

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。     

AZ31B镁合金激光喷丸强化后疲劳裂纹扩展的数值模拟研究

激光喷丸(LSP)是一种先进的材料表面强化工艺,能有效提高零件的机械性能及其使角寿命.建立了以有限元软件ABAQUS和MSC.Fatigue为平台,面向抗疲劳制造的激光喷丸工艺有限元分析模型.结果表日月激光喷丸可以有效抑制疲劳裂纹扩展,延长疲劳寿命,喷丸次数的增加在一定程度上增大残余应力及疲劳寿命.残余应力抑制疲劳裂纹扩展的原因归结为最终断裂尺寸的增大以及裂纹扩展速度的减小.研究结果为LSP抗疲劳效果的预测提供了有效的方法,对于优化工艺参数,减少试验次数,降低成本具有指导意义.     

高周疲劳条件下激光温喷丸TC4钛合金的残余应力释放规律及疲劳特性

使用Nd:YAG纳秒激光器分别在试样表面温度为20、100、200、300以及400℃下对TC4钛合金狗骨状拉伸试样进行激光喷丸表面强化,然后使用疲劳试验机在高周疲劳条件下对试样进行残余应力释放测试与疲劳寿命测试,并使用热场发射扫描电镜研究激光温喷丸后试样的断口特点。结果表明,经过10 000次循环载荷后,试样表面温度为20、100、200、300及400℃时激光喷丸TC4钛合金试样的残余压应力幅值分别下降至–100、–75、–132、–196与–146 MPa;由于较高的残余压应力幅值及较低的残余应力释放速度,300℃时激光温喷丸试样的疲劳条带间距约为0.42μm,比20℃激光喷丸降低了约64%;300℃时激光温喷丸试样的疲劳寿命高达147 846次,约为20℃激光喷丸试样的1.7倍。     

基于不同应力比下激光喷丸强化6061-T6铝合金的疲劳裂纹扩展性能研究

为了研究不同应力比下激光喷丸强化(LSP)对6061-T6铝合金疲劳裂纹扩展性能的影响,采用有限元软件ABAQUS和疲劳分析软件MSC.Fatigue相结合,对应力比为0.1、0.3、0.5条件下的6061-T6铝合金紧凑拉伸(CT)试样进行了激光喷丸强化疲劳裂纹扩展的数值模拟,分析残余压应力对高低应力比下的裂纹闭合效应,探索不同应力比对激光喷丸强化疲劳寿命增益的影响。结果表明,经过激光喷丸后,3种不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率较未处理试件都有一定的降低;应力比的取值对激光喷丸后CT试样的疲劳寿命有显著影响,应力比越小,激光喷丸对CT试样疲劳寿命的增益影响越明显。     

基于应变速率的激光喷丸强化6061-T6铝合金力学性能分析

为研究不同应变速率下激光喷丸对6061-T6铝合金力学性能的影响,对标准拉伸试样进行单面和双面激光喷丸强化处理,随后在0.0001～0.1s-1 4种连续应变速率加载条件下,对未喷丸、单面喷丸、双面喷丸3组试样进行了力学性能测试,同时测试了试样表面残余应力,分析了喷丸前后材料表面粗糙度变化及其对延伸率的影响,探讨了激光喷丸后力学性能变化的微观机理。结果表明,抗拉强度(UTS)及屈服强度随应变速率的增加而增大,延伸率随应变速率的增加略微减小;与未处理试样相比,单面激光喷丸后,铝合金的抗拉强度及屈服强度得到小幅提高,延伸率大约降低了1%;双面激光喷丸后,铝合金抗拉强度最大提高了10.8%,屈服强度最大提高了12.5%,延伸率降低了2%左右。激光喷丸区域晶粒得到细化,位错密度得以增加,6061-T6铝合金的力学性能得到改善。     

激光冲击铜箔飞片及其复合成形研究

提出了一种激光冲击形成飞片,进而驱动飞片直接成形工件的复合工艺。结合剪切模具,使用波长1064nm的Nd:YAG平顶型短脉冲激光束,在厚度为50μm的铜箔上冲击得到高质量飞片,利用高速飞片直接在成形模具上进行塑性成形,获得了具有良好成形效果的胀形件和环形剪切件。对激光冲击驱动飞片复合成形的机理和性能进行了探讨,并对实验过程中出现的现象及问题进行了初步分析。作为一种高效冲压成形方法,不仅拓展了激光微冲击成形技术的应用领域,也为激光驱动飞片加载金属薄板成形微结构等研究提供了参考。