激光沖擊處理工藝過程數(shù)值建模與沖擊效應研究.pdf

1、學校代碼：10248學號：0050202012申請上海交通大學博士學位論文激光沖擊處理工藝過程數(shù)值建模與沖擊效應研究激光沖擊處理工藝過程數(shù)值建模與沖擊效應研究博士生：博士生：胡永祥導師：導師：姚振強教授學科專業(yè)：學科專業(yè)：機械制造及其自動化研究方向：研究方向：激光加工技術上海交通大學機械與動力工程學院上海交通大學機械與動力工程學院中國上海中國上海二零零八年一月二零零八年一月激光沖擊處理工藝過程數(shù)值建模與沖擊效應研究激光沖擊處理工藝過程數(shù)

2、值建模與沖擊效應研究摘要摘要激光沖擊處理工藝是一種新型的表面處理工藝，在航空、航天、汽車、國防裝備等方面均有著廣泛應用前景。該工藝的實現(xiàn)過程復雜、研究難度大，是激光加工技術和表面處理技術方向的研究熱點。小能量激光沖擊處理工藝作為近幾年激光沖擊處理工藝技術一個新的發(fā)展方向，已成為激光表面處理工藝的研究前沿。本文系統(tǒng)性地論述了在激光沖擊處理工藝過程數(shù)值建模和小能量激光沖擊效應方面的研究成果，主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新如下：構建了基于小能量脈沖激光的

3、連續(xù)沖擊處理工藝系統(tǒng)構建了基于小能量脈沖激光的連續(xù)沖擊處理工藝系統(tǒng)。從激光誘導等離子體沖擊波產(chǎn)生的宏觀和微觀機理出發(fā)，對等離子體產(chǎn)生過程及其影響因素進行了理論分析。研究了脈沖激光連續(xù)沖擊處理在工藝實現(xiàn)方面的技術難點。通過對吸收層與約束層等關鍵工藝要素的分析與實驗研究，獲得了實現(xiàn)脈沖激光連續(xù)沖擊處理的最佳工藝方法，即采用流動水膜作為約束層、黑色絕緣膠帶作為吸收層，用小能量Nd:YAG激光獲得可靠的連續(xù)沖擊效果，為開展脈沖激光連續(xù)沖擊處理工

4、藝研究提供了實驗基礎。提出了激光沖擊處理工藝高效數(shù)值仿真建模方法提出了激光沖擊處理工藝高效數(shù)值仿真建模方法。采用顯式動態(tài)分析與隱式靜態(tài)分析相結合，仿真分析沖擊壓力作用下材料的動態(tài)響應過程?；跊_擊壓力峰值誤差和沖量誤差的容許度，確定顯式分析的時間步長；根據(jù)能量動態(tài)變化趨勢，將動能趨于零、變形能趨于穩(wěn)定的時間作為顯式求解時間。通過單點沖擊條件下表面變形效應實驗，驗證了該方法的有效性。揭示了小能量脈沖激光的單點沖擊效應特征揭示了小能量脈沖激

5、光的單點沖擊效應特征。研究發(fā)現(xiàn)提高功率密度，可以增強材料表層殘余應力場，但是當功率密度大于某一特征值時會引起“殘余應力洞”現(xiàn)象，即沖擊區(qū)域殘余壓應力峰值不出現(xiàn)在光斑幾何中心。另一方面，同一位置多次沖擊后，沖擊效應將趨于飽和。此外，研究還發(fā)現(xiàn)利用小能量激光器通過單點沖擊可在零件表面形成微米級凹坑，可用于構造零件表面功能性形貌，以提高摩擦學性能。提出了高功率密度下“殘余應力洞”現(xiàn)象的產(chǎn)生機理提出了高功率密度下“殘余應力洞”現(xiàn)象的產(chǎn)生機理。針