激光沖擊處理TC4鈦合金類桿件的研究.pdf

1、激光沖擊處理是一種利用高功率短脈沖激光與材料相互作用過程中產(chǎn)生的高壓沖擊應(yīng)力波的力效應(yīng)來改善金屬材料機(jī)械性能的新型表面改性技術(shù)。對(duì)材料進(jìn)行激光沖擊處理,可使材料產(chǎn)生塑性變形、殘余壓應(yīng)力以及高密度位錯(cuò)等,有效地提高了材料的疲勞強(qiáng)度,從而在航天、汽車、工程機(jī)械等現(xiàn)代制造領(lǐng)域具有廣闊的前景。
　　 本文采用試驗(yàn)與數(shù)值分析相結(jié)合的方法,研究了激光沖擊和激光搭接沖擊誘導(dǎo)殘余應(yīng)力場(chǎng)。
　　 以ANSYS／LS-DYNA為平臺(tái),建立了

2、激光沖擊處理TC4鈦合金類桿件(包括圓柱形試件和漏斗形試件)誘導(dǎo)殘余應(yīng)力場(chǎng)的有限元分析模型,詳細(xì)地分析并討論了建模過程中的幾個(gè)關(guān)鍵問題,對(duì)TC4鈦合金類桿件進(jìn)行了激光沖擊處理試驗(yàn),并將試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)兩者變化趨勢(shì)基本吻合,驗(yàn)證了此模型的正確性；在此基礎(chǔ)上,探討了試件形狀和試件直徑與光斑直徑比對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響。研究發(fā)現(xiàn),漏斗形試件可以簡(jiǎn)化為與之相應(yīng)的圓柱形試件進(jìn)行激光沖擊處理的數(shù)值模擬；不同形狀的試件主要影響Z方向的

3、殘余應(yīng)力分布；試件直徑與光斑直徑比η主要影響徑向和周向殘余應(yīng)力分布,而對(duì)軸向的殘余應(yīng)力分布影響不大。
　　 鑒于激光搭接沖擊強(qiáng)化的必要性,本文對(duì)激光搭接沖擊處理鈦合金圓柱形試件進(jìn)行了試驗(yàn)與模擬研究,并將模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)兩者有著較好的一致性。同時(shí),探討了不同的搭接率、激光功率密度和脈寬對(duì)殘余應(yīng)力場(chǎng)分布的影響,模擬結(jié)果表明:隨著搭接率的增加,最大殘余應(yīng)力值和殘余應(yīng)力層的深度都會(huì)相應(yīng)增加,但達(dá)到一定閾值后,同一區(qū)域沖