激光冲击波诱发的钢材料残余应力的估算

依据激光冲击强化处理时被处理材料表层产生残余应力这一事实,应用弹塑性力学理论,对激光冲击强化处理过程中材料表层强化产生的残余应力进行了理论分析。并结合实验数据,用数学拟合方法给出了激光冲击处理金属材料表层残余应力估算的经验公式。结果表明该公式估算值与实验测试值有着很好的一致性。同时分析了剪切应力、数学建模、弹性模量、泊松比、残余应力的实验数据处理等对理论估算公式的影响。     

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。     

激光冲击波诱导膜-基系统动态应力应变

采用不同能量的脉冲激光多点单次冲击3种不同界面结合强度的膜-基系统,利用X射线衍射(XRD)技术检测膜-基系统残余应力,并用聚偏二氟乙烯(PVDF)传感器技术采集膜-基系统的动态应变信号,建立了膜-基系统激光冲击波加载模型,探索了激光离散划痕膜-基系统的失效形式。结果表明,激光冲击后,2024铝合金表面以及膜-基系统冲击光斑中心的残余应力都呈增大的趋势。膜-基系统的动态响应与膜-基界面结合强度及激光能量有关。激光离散划痕膜-基系统的失效形式有两种:一是反射拉伸波导致薄膜剥落;二是膜-基系统间的剪切应力导致薄膜剪切失效。     

基于激光冲击波三维无损打标的数值模拟

为了研究激光冲击波打标后标记区域的残余应力分布与材料变形情况,基于ANSYS/LS-DYNA建立了激光冲击波打标的三维有限元模型,通过激光诱导的冲击波加载,进行了打标的数值模拟.模拟结果表明,激光冲击波作用后的标记区域网格形成了与载荷直径相仿的凹坑,其残余应力均表现为压应力,并随着形变量的逐渐增加,在标记中心残余压应力达到最大值;材料厚度方向的残余压应力随着材料厚度的增加而不断减小,在1mm～1.4mm深度范围内载荷的作用效果不明显.这一结果可用于指导激光冲击波三维无损打标残余应力场的理论分析及其实验研究.     

提高金属抗应力腐蚀开裂的激光喷丸技术

介绍了激光喷丸技术的工作原理;阐述了激光喷丸表面改性层微观组织的变化与残余压应力的形成机理和分布规律;分析了激光喷丸技术对提高金属抗应力腐蚀肝裂性能的效果和机理;与机械喷几进行比较,总结了激光喷丸技术提高金属抗应力腐蚀开裂性能的技术优势;并展望了激光喷丸技术在抗应力腐蚀方面的应用前景.     

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。     

激光冲击强化诱导的残余应力场分析

激光冲击强化是一种新兴的现代表面处理技术,它利用激光产生的高幅冲击波在冲击区诱导出有益的残余压应力,从而达到强化材料的目的。在分析了激光冲击强化的基本原理和残余应力的形成过程后,探讨了残余应力的计算模型,同时对激光冲击强化后,冲击区表面和深度方向上的残余应力分布特点进行了分析。研究表明在激光冲击强化过程中,存在最佳的冲击波峰值压力;经激光冲击后,金属表面产生很深的残余压应力,且冲击区的残余压应力在表面和深度方向上都基本为均匀分布。     

利用激光冲击波对材料进行动态加载

介绍激光冲击波加载的实现过程，有关参数的估计以及将它应用于材料动态行为研究的可行性．     

激光冲击波力学效应的研究进展

激光等离子体冲击波力学效应的研究对推动激光冲击强化处理、激光冲击成形、激光诱导核聚变和激光推进等高技术的发展具有重要的意义。     

激光冲击诱导残余应力预测方法研究

研究基于激光冲击诱导残余应力产生原理,把激光冲击诱导的最终稳定的残余应力看成激光冲击引起的残余应力与为满足平衡而产生的残余应力的代数和,提出了残余应力预测方法.通过激光冲击平板件的残余应力预测发现,模拟结果与实验结果十分接近.说明此方法可实现对工件全尺寸的残余应力预测,为后续的分析提供了条件.另外,对激光冲击处理圆角试样产生的残余应力进行了模拟研究,发现工件的形状对最终稳定的残余应力的分布存在影响,表现为表面应力值和残余压应力的深度发生了变化.说明此方法可能实现激光冲击处理任意形状工件的残余应力预测.     

激光冲击强化AZ31镁合金表面残余应力分析

为了优选激光冲击工艺参量以获得最大的表面残余压应力,利用激光冲击和塑性变形理论推导出了激光冲击AZ31镁合金表面最大残余压应力公式,并采用ABAQUS有限元软件分析了其激光冲击后的残余应力场。结果表明,获得较大残余压应力场的激光冲击波载荷范围为1.2GPa~1.7GPa,随着载荷的增加,残余应力增加,当载荷在1.4GPa~1.6GPa时,最大残余压应力为125MPa左右;冲击载荷在1.8GPa时,出现轻微的残余应力洞现象;而在大于1.9GPa时,均出现明显的残余应力洞现象;载荷p=1.474GPa时最大残余应力为-128.5MPa。理论推导和有限元分析结果基本一致。     

激光诱导冲击波的预应力成形仿真研究

为了研究预应力对板料激光冲击成形性能的影响,采用数值仿真的方法,分析了不同板料尺寸下,预应力对板料激光冲击成形极限的影响。研究结果表明,无预应力作用下,不同尺寸板料的激光冲击成形极限深度不同;在预应力作用下,板料的激光冲击成形极限深度有所增加;当预应力在0～10 MPa范围时,板料的激光冲击成形极限随着预应力的增大而增大,超过此范围时,成形极限随预应力变化比较缓慢,并逐渐接近一限定值;在相同预应力作用下,不同尺寸板料的激光冲击成形极限提高的幅度不同。激光冲击预应力成形有利于提高板料的成形性能,研究为有效的控制板料变形过程,实现金属板料的激光冲击成形提供了依据。     

7050航空铝合金激光冲击强化残余压应力研究

用激光冲击强化处理装置对重要航空铝合金结构材料7050T7451、7050T7452不同工艺条件下进行了冲击强化处理,并对试件激光冲击区存在的残余压应力进行了测量。结果显示经激光冲击处理后试件表面具有极高的残余压应力,可达-200MPa以上;经过两次迭加冲击处理能够极大提高强化效果,其残余压应力相比单次冲击处理提高1倍以上;单面两次迭加处理与双面依次迭加冲击处理相比,试件正面(先冲击一面)残余压应力水平相当,且双面依次迭加处理试件反面(后冲击一面)的残余压应力远小于正面。以上一系列重要结果均为首次通过试验发现,对激光冲击强化处理技术的实际工程应用具有指导性意义。最后还给出了相应的表层组织结构分析和疲劳寿命试验结果。     

激光功率密度对小孔构件残余应力场的影响

激光冲击强化通过强激光诱导的冲击波在金属材料表层引入残余压应力,从而抑制疲劳裂纹的萌生和发展,是一种新型的金属表面强化技术。以ABAQUS有限元软件为平台,研究了不同激光功率密度下7050-T7451铝合金小孔构件的残余应力的分布。结果表明,冲击表面残余压应力在X轴方向上0～6 mm区域内分布很均匀,能量的变化对它的影响不是很大,表面最大残余压应力都出现在孔边缘处,整个冲击区域残余应力差别不大,构件单面冲击下表面只有残余压应力,然而并不是随着峰值压力的增加为增加,这是由于未冲击表面的残余压应力是由板料变形引起的。构件厚度方向残余压应力的深度随着冲击波的峰值压力的增大而增大,同时也造成板料厚度中心靠近上表面处产生过大的残余拉应力,这对提高材料的抗疲劳性能是极为不利的。     

逐层剥离对激光诱导残余应力场影响的数值模拟

为评价激光冲击强化效果,通常采用X射线衍射法(XRD)测定工件的残余应力分布。由于X射线穿透深度一般在微米数量级,为获得工件深度方向上的残余应力分布规律,常采用电解抛光的方法逐层剥离工件表面材料。逐层剥离过程改变了工件表面的边界条件,使得残余应力分布发生了改变,导致XRD实验测得的残余应力与未剥离前不同。本文采用有限元数值模拟方法研究了剥离过程对激光诱导残余应力场分布的影响。结果表明:在残余压应力区域,剥离材料后内部的残余压应力较剥离前增大,残余压应力增加程度随着剥离深度的增大而增加;剥离表面较浅一层材料时,整体残余应力场的分布变化较小,且有利于消除激光冲击强化产生的"残余应力洞"。该研究对基于XRD实验测定的残余应力修正具有一定的指导意义。     

激光冲击AM50镁合金残余应力场的有限元分析

为了研究镁合金在激光冲击载荷作用下残余应力场的特征,采用实验测试和有限元分析的方法对激光冲击区的残余应力进行了研究.试验中使用Nd:glass脉冲激光对AM50镁合金表面进行冲击强化处理,当激光功率密度为3GW/cm2时,表面的残余压应力值高达-146MPa,残余压应力层深约0.8mm;用有限元分析软件ABAQUS对残余应力场进行数值计算,得到激光功率密度大于0.49GW/cm2时,将产生残余压应力,随着功率密度的增加,残余压应力值增加并趋于饱和;激光功率密度在1.95GW/cm2～3.06GW/cm2之间时,残余压应力值达到饱和.结果表明,实验测试数据与数值计算结果一致性较好,该结果可为激光冲击参量的优化提供理论依据.     

激光冲击铜薄膜的应力波传播特性模拟分析

为了研究冲击波的传播特性,采用有限元分析方法模拟不同参量激光冲击铜薄膜的过程,结合应力波理论分析了膜-基系统的动态应力波传播特性。结果表明,激光能量为30mJ时,冲击波为弹性波,薄膜在单次冲击作用下,其内质点速率最大为-0.018mm/s,3次冲击作用下,薄膜内部质点速度与残余应变变化较小;激光能量为120mJ时,冲击波为弹塑性波,3次冲击比单次冲击质点最大速率减小了26.44%,残余应变深度增加了35.48%。这对研究冲击波传播具有指导意义。     

Fe-Ni恒弹合金激光冲击力学性能异化现象研究

为了研究激光冲击金属材料后,光斑中心区域材料力学性能异化现象,采用钕玻璃脉冲激光器产生的高能脉冲激光冲击强化型Fe-Ni恒弹合金(Ni42CrTiAl)材料。冲击后采用X射线应力仪对恒弹合金试样冲击区域表面进行了X射线衍射分析,测试了冲击区域残余应力分布情况。结果表明,在试样冲击区域产生了很高的残余压应力,且在光斑中心区域,残余应力值要略小于中心周围区域,出现了力学性能反弹现象。采用有限元模拟软件对冲击试验进行有限元模拟,进一步研究冲击诱导的残余应力分布情况;得到冲击区域有很高的残余压应力分布,且光斑中心区域的残余应力值小于其周围区域,模拟结果与测量结果一致。从冲击波运动、反射与逆向作用角度,探索了冲击区域中心出现的材料力学性能反弹现象的形成机理。这一结果对优化激光冲击强化过程和激光参量的选择是有帮助的。