激光沖擊微凹坑實驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、近年來,表面微造型技術(shù)以其良好的改善摩擦性能而得到關(guān)注與快速發(fā)展,激光表面微造型是一種應用廣泛的表面微造型方法,然而其主要缺點是消融過程會導致材料熔化、斷裂以及改變表面微觀組織;激光沖擊強化是以對材料改性、提高材料表面完整性為目的,與材料相互作用是機械的過程,不破壞表面質(zhì)量。綜合激光沖擊強化技術(shù)和激光表面微造型技術(shù)而提出的激光沖擊表面微造型新方法,其特點是既能克服激光表面微造型的缺點,又能繼承激光沖擊強化的優(yōu)點,因此開展此方法的研究對推

2、動微造型的發(fā)展具有重要的理論與實際應用價值。
　　 本文以激光沖擊微凹坑為研究對象,首先介紹激光沖擊微造型的機理,探討激光與物質(zhì)相互作用的力學效應、高應變率下材料的動態(tài)屈服響應,并詳細闡釋了激光誘導等離子沖擊波的過程、激光功率密度、激光沖擊波壓力的估算以及激光沖擊波的時空分布特性,為之后的激光沖擊微凹坑的實驗和數(shù)值模擬研究提供理論依據(jù)。
　　 其次,設(shè)計激光沖擊微凹坑的實驗,研究激光能量、激光沖擊次數(shù)、離焦量、K9玻璃的

3、厚度對微凹坑造型的形貌的影響。使用AxioCSM700真彩色共聚焦掃描顯微鏡和VeccoWYKO表面形貌儀觀察微凹坑的幾何形貌,用HXD-1000TMSC/LCDMH-VK雙壓頭顯微硬度計測量微凹坑的內(nèi)部以及周圍表面的硬度。實驗結(jié)果表明:激光沖擊微凹坑的表面形貌具有很好的連續(xù)性,微凹坑的直徑和深度隨激光的脈沖能量、激光的沖擊次數(shù)、離焦量、約束層K9玻璃的厚度的變化呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律,微凹坑的影響區(qū)域,沿著凹坑徑向方向硬度逐漸增加,中心位

4、置硬度最大。從激光沖擊微觀力學效應方面證實了激光沖擊微凹坑能夠結(jié)合激光表面微造型和激光沖擊強化的優(yōu)點,既能改善材料的摩擦磨損性能,又能提高材料的抗疲勞性能,對材料起到強化作用。
　　 最后,在之前研究者們對激光沖擊強化模擬的模型基礎(chǔ)上,利用ANSYS和LS-DYNA軟件,對有限元模型的建立進行了優(yōu)化,選擇更為精確的參數(shù),綜合考慮了沖擊波壓力的時空分布,對激光沖擊微凹坑造型的過程進行了模擬,得到了微凹坑的形貌,驗證了模型的正確性。