TC17钛合金激光冲击强化应力波传播过程数值分析

双相钛合金TC17具有优越的力学性能,具有屈服强度高、断裂韧性好的优点,广泛应用于航空发动机风扇盘、压气机盘、离心叶轮等承载力需求高的关键零部件制造领域,在航空工业中具有不可替代性。激光冲击强化与传统强化方法相比具有高压、超快、超高应变率等优势,其强化限制少、可控性强、强化效果好,是传统喷丸的5-10倍,且无热影响区。激光冲击强化可有效提高TC17合金相关性能,尤其是疲劳性能,但急需对其作用机理进行全面解释。本文系统研究了激光冲击强化过程冲激光诱导等离子体冲击波在TC17合金中的传播情况,采用ABAQUS有限元数值模拟方法研究无反射情况下单点冲击强化应力波传播规律,同时利用TC17动态响应曲线得到了材料的残余应变。由于材料内部应力波传播与相互作用过程十分复杂,且需考虑应变率效应,应力波峰值在向前传播的过程中逐渐减小。虽然3000ns之后应力波已趋近于零,但由于弹性能与内能之间的相互转换,应力波依然存在震荡。由于无反射边界条件的存在,导致能量不断向无限远处传播,最终材料内部能量达到平衡不再震荡,此时材料产生稳定的塑性应变区和稳定的残余应力场。表面冲击中心处的应力幅值随时间呈降低趋势,说明其动能在不断衰减。在塑性区停止变化之前,应力波的动能大部分转化成了塑性应变能被储存起来,之后主要转变为弹性能。应力波的传播是残余应力场产生的根源,由于有弹性波和塑性波的存在,所以需根据不同时刻应力波结构来分析实时应力场。考虑一点的动态响应情况,选用流体弹塑性模型,可得其动态响应曲线。主要结论为:(1)分析TC17无限厚材料应力波传播规律,发现最大压应力随深度的变化规律,同时利用TC17动态响应曲线得到了材料的残余应变。(2)通过模型求出塑性波和弹性波在材料中的传播速度,通过与声学手册比较验证结果的准确性。并具体分析了材料任意一点被受塑性波和弹性波影响过程,从而一定程度上揭示了残余应变和残余应力的形成过程

Strengthening Mechanism of TC17 Titanium Alloy Warm Laser Shock Peening

目的提高材料在交变载荷和高温下的疲劳性能,稳定材料的位错结构,增加位错的钉扎效果,使激光诱导的残余压应力更加稳定,有效地抑制强化效果的高温失稳。方法通过提高温度发生动态应变时效(DSA),并与激光冲击温强化(WLSP)结合,使得材料表面形成更深的残余应力层和纳米级沉淀相。对TC17钛合金温控激光冲击强化后的显微硬度、残余应力等性能进行了初步探索。结果经200℃的WLSP后,TC17钛合金的显微硬度可达385HV,相比未强化时提高了18.48%,相比于室温的LSP提高了4.62%。深度方向的残余压应力幅值呈现先增大后减小的趋势,200℃时残余应力达到-236 MPa,相比于常温强化提高了14.56%。观察微观组织发现,位错结构的稳定性和位错密度得到提高。结论激光冲击温强化(WLSP)技术提高了材料表面残余压应力层的高温稳定性,有利于抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,有效地提高了高温条件下残余应力和表面强度的稳定性。该技术操作相对简单,无污染,残余应力高温维稳效果显著

一种基于激光能量补偿的斜激光冲击强化工件的方法

本发明公开了一种基于激光能量补偿的斜激光冲击强化工件的方法，属于激光冲击强化加工技术领域。该方法是利用激光以一定角度倾斜冲击工件进行强化，通过分析角度变化导致激光偏振状态、辐照面积和约束层厚度变化程度，建立斜激光冲击强化的数学模型，计算不同角度的斜冲击激光能量损失值并进行激光能量补偿，使不同角度强化的效果趋于一致，工件表面状态的均匀性好

监控视频中人体目标运动轨迹提取技术

提出一类基于监控视频的人体目标运动轨迹的自动提取技术:首先采用背景差分算法检测监控视频关键帧,并提取人体目标;然后对包含人体目标的监控视频关键帧进行数学形态学的开/闭运算后估计人体目标的质心;最后通过质心叠加实现了对监控视频中人体目标运动轨迹的自动提取

Plasma shock wave restraint method based on laser shock peening

本发明公开了一种激光冲击强化等离子体冲击波约束方法。利用强磁场的约束使激光诱导产生的等离子体(正离子、负离子)分离，使正离子附着在牺牲层(铝箔或者黑胶带)表面，形成一种透明带电的等离子体约束层，主要作用是约束产生的等离子体冲击波，增强冲击波对靶材的作用效果。由于等离子体存在的时间尺度要远大于激光脉冲宽度，所以利用强磁场将激光诱导产生的等离子正负离子分离形成一层约束层。本发明方法工艺简单，可控性强、效果显著，相比于传统的约束层(水或者玻璃)，激光诱导产生的等离子可以对复杂曲面、凹槽、榫槽、复杂内壁面的激光冲击强化进行约束，有效地抑制冲击波向外扩散，提高激光冲击强化效果

Evolution Mechanism of Residual Stress Field in Gaussian Laser Shocking of Titanium Alloy Thin-Wall Workpieces

采用数值模拟方法,研究了激光冲击不同厚度钛合金零件时沿零件表面和深度方向的残余应力场分布规律,并通过动态分析,研究了冲击波在不同平面间的反射情况。结果表明,当其他参数不变时,试样的正面残余应力随厚度的增大而增大,而反面残余应力随厚度的增大先增大后减小。当试样厚度为4mm时,正面显微硬度最大值为440.2HV;当试样的厚度为2mm时,反面显微硬度最大值为416.1 HV。冲击波与声阻抗接触面作用产生的拉伸波与压缩波对残余应力场的分布有显著影响。</p

Accurate numerical modeling of residual stress fields induced by laser shock peening

To improve the accuracy of numerical simulation of laser shock peening, a novel model is developed to predict residual stress distribution. An optical beam measurement system, a white light confocal displacement sensor, and other sensors are used to measure the laser shock peening parameters. Based on actual parameters, the model of shock wave pressure spatial distribution is established. Effects of key parameters, viz., overlapping rate and laser beam quality on residual stress distribution are analyzed by the proposed model. The influence mechanism of laser beam quality on residual stress hole is analyzed. Compared with conventional models, it is found that the proposed model has higher precision to predict residual stress distribution. The processing efficiency and strengthening effect can be improved by optimizing the overlapping rate and laser beam quality. The edge gradient of shock wave pressure reduces the intensity of the release wave convergence at the center, which can improve the uniformity of residual stress distribution. The proposed model can not only improve the accuracy of numerical simulation, but also provide guidance for optimizing the laser beam quality.</p

Liquid strengthening adhesive for laser shock peening sacrificial layer and application of liquid strengthening adhesive in laser shock peening

本发明公开了一种用于激光冲击强化牺牲层的液体强化胶及其在激光冲击强化中的应用，属于激光冲击强化技术领域。该液体强化胶的原料组成：丁腈橡胶为20‑40％；苯乙烯为30‑50％；全氯乙烯5‑15％；二氧化硅5‑15％；炭黑0.5％‑1％。该液体强化胶在激光冲击强化中的应用过程为：先根据激光冲击强化工艺参数计算工件表面待强化区域所需液体牺牲层的体积，在待加工区域进行液体强化胶的涂覆，凝固后进行激光冲击强化；撕掉凝固后的牺牲层，完成强化过程。本发明牺牲层与传统激光冲击强化牺牲层黑胶或者铝箔相比可以更好的强化复杂曲面，更有利于工程运用

Plasma shock wave restraint method based on laser shock peening

本发明公开了一种激光冲击强化等离子体冲击波约束方法。利用强磁场的约束使激光诱导产生的等离子体(正离子、负离子)分离，使正离子附着在牺牲层(铝箔或者黑胶带)表面，形成一种透明带电的等离子体约束层，主要作用是约束产生的等离子体冲击波，增强冲击波对靶材的作用效果。由于等离子体存在的时间尺度要远大于激光脉冲宽度，所以利用强磁场将激光诱导产生的等离子正负离子分离形成一层约束层。本发明方法工艺简单，可控性强、效果显著，相比于传统的约束层(水或者玻璃)，激光诱导产生的等离子可以对复杂曲面、凹槽、榫槽、复杂内壁面的激光冲击强化进行约束，有效地抑制冲击波向外扩散，提高激光冲击强化效果

Liquid strengthening adhesive for laser shock peening sacrificial layer and application of liquid strengthening adhesive in laser shock peening

本发明公开了一种用于激光冲击强化牺牲层的液体强化胶及其在激光冲击强化中的应用，属于激光冲击强化技术领域。该液体强化胶的原料组成：丁腈橡胶为20‑40％；苯乙烯为30‑50％；全氯乙烯5‑15％；二氧化硅5‑15％；炭黑0.5％‑1％。该液体强化胶在激光冲击强化中的应用过程为：先根据激光冲击强化工艺参数计算工件表面待强化区域所需液体牺牲层的体积，在待加工区域进行液体强化胶的涂覆，凝固后进行激光冲击强化；撕掉凝固后的牺牲层，完成强化过程。本发明牺牲层与传统激光冲击强化牺牲层黑胶或者铝箔相比可以更好的强化复杂曲面，更有利于工程运用