激光冲击波在铝合金薄板中传播特性研究

为了研究激光冲击波在铝合金薄板中的传播特性,采用数值仿真的方法,分析了不同节点路径下,冲击波在3003铝合金薄板中的传播特性。研究结果表明,激光加载初期,板料表面光斑边缘位置处应力最大,而板料表面中心区域仅为较小的波动,1000 ns后,表面波传播至板料上的凹模口对应位置,同时中心位置区域应力增大至200 MPa,塑性变形加大,板料变形不均匀,易出现减薄失效问题;沿激光冲击方向,经历60 ns压力波传播至板料自由面,并回传拉伸波,在102 ns左右,拉应力达到最大值1782 MPa,板料易出现层裂失效问题。因此针对激光冲击波在铝合金薄板中传播特性的研究对提高铝合金薄板激光冲击成形性能具有重要的意义。     

QP1180高强钢薄板激光焊接接头的组织与成形性能

在不同焊接参数下对QP1180高强钢薄板进行激光焊接试验,对接头的显微组织、显微硬度、拉伸性能及杯突成形性能进行了分析。研究结果表明:在热影响区的回火区(软化区)形成了回火马氏体组织,导致该区存在明显的软化;提高焊接速度和降低热输入可显著降低软化程度;软化区受到两侧强体的约束而得以强化,导致拉伸后最终断裂在母材处,强度与母材相当;提高焊接速度和增加焊缝偏移可显著提高杯突值,高焊接速度下的焊板垂直于焊缝开裂,具有高杯突值,低焊接速度下的焊板沿软化区平行于焊缝开裂,具有低的杯突值;随着焊缝偏移的增大,杯突值增大,偏移至30 mm时,杯突值达到母材水平。     

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．     

激光冲击波加载金属材料中心压应力缺失效应

纳秒脉冲、千兆瓦级激光辐照金属材料产生高压等离子体冲击波,作用于金属材料表面并向内传播,产生残余压应力场.但在单次冲击加载时,残余压应力场中心出现的残余压应力值小于加载边缘,应用理论分析和实验测试的方法解释了这一过程,并结合激光诱导冲击波Fabbro方程和TC4钛合金动态响应模型,建立了不同形式冲击波加载TC4钛合金的数值仿真模型,分析了冲击波压力、作用时间和加载形式对中心压应力缺失的影响.     

脉冲激光冲击LD31薄板变形的实验和数值模拟

激光冲击板料变形是利用高能脉冲激光和材料相互作用诱导的高幅冲击波的力效应使板料产生塑性变形的新技术 ,本文利用Nd :Glass脉冲激光对厚度为 0 .8mm的LD31薄板进行激光冲击变形实验。所用激光参数为 :脉冲能量 15～ 30J,脉冲宽度 2 5ns ,光斑直径Φ8mm。利用ABAQUS软件对激光冲击下板料的变形过程进行了数值模拟 ,建立了激光冲击波加载的数学模型 ,探索激光冲击的主要参数和板料变形之间的相互关系 ,为激光冲击变形工艺参数的优化、板料变形的理论分析 ,实现大面积金属板料的柔性激光冲压成形提供依据。     

强激光诱导冲击波的实验研究

为了提高利用激光冲击波改进材料性能的技术,采用响应快、测量范围大的绝缘膜组合式高聚物压电传感器和示波器对激光诱发的冲击波进行了研究。通过测量无约束层和有约束层时的压电波形,得出相应的激光冲击波波形并进行比较。结果表明,有约束层时激光冲击波的脉宽是激光脉冲宽度的3倍左右,峰值压力较无约束层时明显提高。激光冲击波在不锈钢材料中的平均传播速度为5.72×103m/s,与声波纵波的传播速度一致。     

DP1000高强钢激光焊接接头组织性能研究

针对先进高强双相钢的激光焊接问题,通过拉伸试验、显微硬度测试、扫描电镜(SEM)和光学显微镜(OM)等手段分析研究1.5mm厚DP1000钢板对接接头的性能和组织,讨论了接头强度和塑性降低的主要原因。研究发现激光焊接DP1000双相钢的焊接接头热影响区(HAZ)存在严重的软化现象,软化区集中在其回火区和不完全结晶区,该软化区造成焊接接头的抗拉强度下降了10%~15%,塑性下降了60%以上。强度下降的主要原因是回火区域出现了回火马氏体,其强度低于淬火马氏体;塑性下降的主要原因是焊接热影响区的软化使得焊接接头的不同区域在拉伸过程中出现不协调的变形,变形主要集中在热影响区的软化区,而焊缝金属区、母材区及焊接热影响区的硬化区几乎没有变形。     

烧蚀机制下激光超声声场的模拟与实验验证

分析了烧蚀机制下超声波的产生机制,建立了工件有限元模型,将等离子体的冲击力对材料的作用视为超声波的激励源,模拟计算了激光超声波在工件中的传播过程,提取了节点位移的时间历程曲线,求出超声波的速度并由此确定相应超声波的类型。此外,分析了激光超声声场分布,利用半圆形铝质试块进行了激光超声的测量对比实验,采用超声换能器接收纵波、横波以及表面波。通过对比分析可知,数值分析结果与实验数据相符,该有限元数值模拟方法正确可靠。     

QP980高强钢小光斑激光焊接接头组织与性能研究

采用光斑直径为0.1 mm的激光束对2 mm厚QP980先进高强钢进行激光焊接。借助光学显微镜、扫描电子显微镜、万能材料试验机和显微硬度计等工具,研究焊接速度对接头成形、组织演变及力学性能的影响,研究发现,随着焊接速度的减小,横截面形貌从“钉”形逐渐过渡为“沙漏”形,最后变为“直筒”形。焊缝熔化区马氏体形态粗大,热影响区主要由较为细小的马氏体构成,硬度均高于母材;回火区由于母材马氏体发生分解,使得该区域硬度比母材低,但随着速度的增加,马氏体分解程度逐渐降低。由于焊缝的硬化,焊接接头断后延展率降低,不同焊接速度下的拉伸断口形貌表明均为韧性断裂。     

基于激光冲击强化的冲击波实验研究

利用PVDF压电传感器测量了激光冲击强化过程中不同参数组合形成的冲击波,研究了激光功率密度及波长对冲击波峰值压力的影响.结果表明,532nm的激光诱导产生的冲击波峰压在6.6GW/cm2达到最大值5GPa,此外,在同样的功率密度下,532nm激光产生的冲击波峰压较1064nm时要大.     

强激光水中诱导等离子体冲击波数值模拟

在强激光与水介质作用过程中,等离子体和冲击波的形成机理是人们关心的主要问题之一。采用双脉冲激光纹影摄影法,获得了强激光作用时水中的冲击波流场图形,建立了激光与水作用两相流计算模型,建模时考虑了激光吸收,水体汽化、等离子体形成和膨胀等过程。对强激光作用水体形成冲击波的过程进行了数值模拟计算,获得了与实验相符的计算结果。进一步分析了激光诱导等离子体冲击波的传播特性,并与经典理论模型结果进行了比较。研究结果表明,在激光作用下,水中等离子体快速膨胀形成的冲击波传播初始速度高达上千米每秒,压力约为十几吉帕,随后冲击波的速度和压力迅速衰减,1 ms后衰减到声波速度。     

激光驱动飞片加载金属箔板成形的加载机制

介绍了激光驱动飞片加载金属箔板成形的方法.采用激光驱动飞片的Gurney模型,计算得出功率密度0.64 GW/cm2时,10μm厚的铝飞片速度可达到250 m/s,碰撞压力为1.9 GPa,是约束模型下激光诱导压力的3倍左右.表明激光驱动飞片加载的成形能力显著高于激光直接冲击;采用LS-DYNA软件数值模拟了激光驱动飞片加载铝箔微成形过程,发现冲击载荷下飞片应力、速度变化的模拟结果与理论计算吻合度较好,验证了激光驱动飞片加载机制的正确性.     

钛合金薄板激光对接焊温度场的数值模拟

为了分析激光对接焊TC4钛合金薄板的焊接过程,以ANSYS软件为平台采用有限单元法建立了非线性瞬态热传导模型,模拟计算了焊接时的3维瞬态温度场;数值模拟过程中考虑了材料热物理性能参量的温度依存性,并利用APDL语言编程实现了移动高斯分布面热源模型的加载。结果表明,激光焊接过程中的温度场由非稳态到稳态,最终呈现出流星状的稳定分布,焊缝附近等温线密集,焊缝的热影响区小;模拟得到的焊缝形状与试验获得的焊缝形状相吻合;模拟获得的400℃临界温度以上区域的尺寸范围为42.00mm10.56mm。该研究验证了模拟方法的正确性,为焊接保护装置设计提供了依据。     

激光冲击波驱动的新型微泵数值模拟

针对传统微泵结构复杂、制备困难等不足,提出了一种新型的基于激光冲击波力学效应的微泵驱动方法,使用该方法设计的微泵结构简单、易于制造、成本低,有利于微型化及与微机电系统(MEMS)集成。通过研究激光冲击波的力学模型,设计了无阀型微泵,并计算出其耦合模态。验证了该驱动方法的可行性;通过流固耦合仿真研究了激光的频率、占空比、功率密度、光斑直径等参数对微泵流量的影响,并进一步分析了流量的稳定性。研究结果表明,功率密度和光斑直径是影响流量的主要因素,占空比为0.6时微泵流量最大,微泵稳定工作后各脉冲流量相差不超过5%。     

激光冲击强化7050铝合金薄板表面残余应力形成机制的实验研究

为研究激光冲击强化7050铝合金薄板表面残余应力的形成机制,采用5种不同功率密度的激光束冲击加载7050铝合金薄板,利用PVDF(聚偏二氟乙烯)压电传感器测量激光冲击薄板试样的动态应变,利用X射线应力分析仪测量激光冲击后的残余应力分布,并借助三维显微系统观察激光冲击强化造成的表面微结构。结果表明,当激光功率密度为1.02GW/cm~2时,激光冲击引起的横向变形小;当激光功率密度为1.53GW/cm~2时,表面稀疏波与横向变形共同导致了试样最大残余主应力呈等双轴分布;当激光功率密度为1.98GW/cm~2和2.77GW/cm~2时,冲击区域中心比临近区域分别高出5.680μm和10.800μm,在来回反射的冲击波与表面稀疏波的共同作用下产生了残余应力洞现象;当激光功率密度为4.07GW/cm~2时,试样冲击区域产生了较大的塑性变形且比较平滑,最大残余主应力呈均匀分布。     

带式输送机模拟加载实验系统的研究

带式输送机作为高效矿用运输设备在国内煤矿得到广泛应用,为了提高带式输送机的可靠性,文章从启动方面和制动方面分析带式输送机,并研究了其模拟加载实验技术,建立起一套实验系统。文章分析了该系统可以向软启动、软制动提供的研究实验条件,并为软启动和软制动装置在实际应用中的选择,以及先进软启动和软制动技术在带式输送机中的应用提供参考。     

激光与外载荷联合加载7075铝合金的实验研究

为了研究7075铝合金在激光与外载荷联合加载下的失效行为, 采用最大拉力50 kN的拉伸伺服试验机与工作波长为1070 nm的6 kW连续光纤激光系统对7075铝合金进行了不同预载荷与不同激光功率密度下的联合加载实验, 获得了该材料的拉应力-时间曲线、温度-时间曲线、失效时间-功率密度曲线、失效温度-功率密度曲线等, 分析了功率密度与预载荷对失效过程、失效温度和断裂形貌的影响。结果表明, 在相同的预载荷下, 激光功率密度的增大会导致失效时间非线性下降, 失效温度是否有较大变化取决于预载荷的大小, 当预载荷大(330 MPa, 440 MPa)时, 失效温度随功率密度增加略有升高, 预载荷较小(110 MPa, 220 MPa)时, 失效温度变化规律不单调; 在相同的激光功率密度下, 预载荷增大, 失效时间减少, 功率密度较大、预载荷较小时, 失效行为变得相似; 在一定的功率密度(315 W/cm2, 351 W/cm2)下, 失效温度随预载荷的增大先增大后减小。该结果进一步揭示了7075铝合金的失效机理。     

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.     

激光实验模拟超新星作用

据劳仑斯·里弗莫尔物理学家J.Kane在1999年6月伊利诺斯州芝加哥举行的美国天文学学会会议上介绍,劳仑斯·里弗莫尔国家实验室在“诺瓦”装置上的微小激光实验中观测到激烈的流体动力学混合已用来精确模拟SN1987A超新星,并获得与计算机模拟相似的结果。“诺瓦”研究人员用...     

激光的高功率密度与遗传诱变机制

本文分析了激光辐照生物体产生遗传诱变的各种可能机制。这些机制有:(1)生物分子对光的共振吸收引起能量状态的变化(包括双光子及多光子吸收过程);(2)生物分子对光的散射机制(主要是Raman散射)引起能量状态的变化;(3)生物分子在光电场力作用下产生能量状态的变化;(4)生物