1 山东理工大学激光高端制造研究中心, 山东 淄博 255000
2 山东理工大学机械工程学院, 山东 淄博 255000
3 山东理工大学材料科学与工程学院, 山东 淄博 255000
借助ABAQUS软件建立了微尺度激光冲击强化(micro-scale laser shock peening, μLSP)过程的有限元模型, 对T2纯铜的μLSP过程进行了数值模拟, 分析了μLSP过程中纯铜的位移、塑性应变和等效应力的动态响应情况以及残余应力的分布规律。结果表明, 冲击波作用到纯铜表面后, 极短时间内便可达到纯铜的动态屈服极限。纯铜表面的位移影响区域直径约为激光光斑的2倍, 并在27 ns时达到位移最大值约0.85 μm。随着冲击波压力的加载, 纯铜产生加工硬化, 塑性应变和等效应力的最大值均出现在加载区域内部的近表层处, 分别约为0.062 MPa和297 MPa。μLSP后纯铜表面激光辐照区域主要表现为残余压应力, 最大值约为199 MPa, 影响深度达40 μm。在激光辐照区域表面边缘存在一定的残余拉应力, 产生“残余应力洞”。同时, μLSP工艺试验结果与数值模拟结果基本一致, 从而验证有限元模型的合理性与可靠性。
微尺度激光冲击强化 数值模拟 有限元分析 塑性变形 残余应力 micro-scale laser shock peening numerical simulation finite element analysis plastic deformation residual stress
为了改善冷喷涂纯铝涂层表面形貌，结合激光冲击强化技术与冷喷涂技术，使用低压冷喷涂设备，以压缩空气作为介质，在镁合金表面上制备了一层纯铝涂层，研究了冷喷涂纯铝涂层在不同激光冲击次数作用下的表面形貌、粗糙度、物相、残余应力和显微硬度的变化。试验结果表明，激光冲击后涂层表面形貌趋于平整，激光冲击1、2、3次后的表面粗糙度相较于原始涂层分别降低了30.67%、50.96%、58.53%，但粗糙度降幅逐渐下降，残余应力状态由拉应力逐渐转变为压应力，涂层表面显微硬度分别提高了16.22%、27.46%、34.49%，单次的增幅呈现下降趋势。首次激光冲击对涂层表面的作用效果最为明显，后续冲击的作用效果不断衰减，总体作用效果随激光冲击次数的增加而不断提升。
激光技术 激光冲击强化 冷喷涂 纯铝涂层 粗糙度 塑性变形
合肥工业大学 微电子学院 安徽省微电子机械系统工程技术研究中心, 合肥 230009
以电容式MEMS加速度计的悬臂梁结构为研究对象, 分析了振动环境下MEMS加速度计的典型失效模式及失效机理; 在Miner理论的基础上, 引入了应力-寿命曲线, 建立了疲劳可靠性模型; 在考虑强度退化前提下, 基于应力强度干涉理论建立了塑性形变可靠性模型; 运用蒙特卡洛法验证了两种可靠性模型的准确性, 并分析了模型关键参数对可靠度的影响。结果显示, 振动应力水平和材料的屈服强度对可靠度有显著的影响, 减小应力幅值, 增大屈服强度, 可以提高MEMS加速度计的可靠性。
1 苏州工业职业技术学院, 江苏 苏州 215104
2 苏州大学, 江苏 苏州 215021
3 中国飞机强度研究所, 陕西 西安 710065
在课题组实验室自主研发的凸轮式多碰试验机上, 对0Gr18Ni9Ti镍基涂层材料进行低应力多碰冲击试验, 对不同冲击频率下材料的累积塑性变形、显微组织进行对比分析。试验结果表明: 冲击频率越大, 累积塑性变形量越大, 相同层深处显微组织结构细化越明显; 但随冲击频率按比例增大, 塑性形变却越来越缓慢, 当冲击频率增大到一定值时, 将不再发生塑性变形, 显微组织结构的变化也越来越小。冲击频率是研究0Gr18Ni9Ti镍基涂层材料低应力多碰累积塑性变形机理的重要因素。
冲击频率 0Gr18Ni9Ti镍基涂层 累积塑性变形 金相组织 impact frequency 0Gr18Ni9Ti nickel-based coating cumulative plastic deformation metallurgical structure
1 上海交通大学材料科学与工程学院上海市激光制造与材料表面改性重点实验室, 上海 200240
2 日立(中国)研究开发有限公司, 上海 200020
利用光纤激光器对DC01镀锌钢板和SUS304奥氏体不锈钢薄板进行了激光非熔透搭接焊实验、反变形焊接实验,测得了SUS304钢板(下板)表面微凸起的变形量和变形轮廓,研究了非熔透焊后SUS304钢板表面微凸起变形产生的机理。研究结果表明:角变形是SUS304钢板表面微凸起产生的重要原因;通过反变形法矫正角变形可降低微凸起的最大高度,但微凸起区域的塑性凸起变形仍存在;焊接过程中的角变形和热膨胀引起的塑性变形是非熔透搭接焊下SUS304不锈钢板无焊缝一侧微凸起变形的主要原因。
激光技术 非熔透激光焊 微凸起变形 变形机理 角变形 塑性变形
北京交通大学机械与电子控制工程学院, 北京 100044
采用数值分析方法,研究了301L不锈钢不同厚度板的非熔透搭接激光焊接接头在拉伸过程中的弹塑性演变、应力分布和拉伸断裂行为。建立了激光焊件的有限元模型,模拟得到的焊件拉伸曲线与实验结果有较好的一致性;随着拉伸载荷的增大,焊接试样塑性变形从靠近焊缝界面的母材向焊缝界面和母材两个方向扩展。随着焊缝熔宽/板厚比的增大,焊接试样的塑性应变区从焊缝界面附近逐渐扩展到母材内,拉伸断裂位移随着塑性变形区的增大而增大。当焊缝熔宽与板厚之比大于0.75时,焊件的断裂位移量大于5 mm,焊件有较高的断裂强度,激光焊缝的剪切断裂强度约为794 MPa。
激光技术 激光焊接 弹塑性演变 拉伸断裂 数值模拟 中国激光
2018, 45(12): 1202003
1 School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Shenyang 110000, China
2 Equipment Manufacturing Technology Department, Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
1 School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Shenyang 110000, China
2 Equipment Manufacturing Technology Department, Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
1 东北大学机械工程与自动化学院，沈阳 110000
2 中国科学院沈阳自动化研究所装备制造技术研究室，沈阳 110016
激光冲击强化技术(LSP)是一种新型的激光应用表面处理技术。与传统表面改性技术相比，激光冲击强化技术能给材料带来更深的残余应力层，使材料表层晶粒细化甚至出现纳米晶，同时大幅提高材料的疲劳寿命。利用高能激光辐照约束层材料(黑漆、黑胶带或铝箔)，约束层材料在瞬间熔融气化并产生高温高压的等离子体。等离子体冲击波是一种爆轰波，可以通过C-J模型计算冲击波的峰值压力。等离子体冲击波在约束层(水、光学玻璃)的约束下向材料内部传播，其压力远远超过了材料的弹性屈服极限，材料经历了弹性-塑性变形，最终材料表面形成稳定的残余应力场并发生微弱的塑性变形。本文介绍了激光冲击强化技术的研究发展历程，在此基础上对该技术发展方向进行了展望。
激光冲击强化 表面处理 残余应力层 纳米晶 等离子体冲击波 塑性变形 laser shock processing surface strengthening residual stress layer nanocrystalline plasma shock wave plastic deformation
1 安徽工业大学 机械工程学院, 安徽 马鞍山 243032
2 安徽工业大学 管理科学与工程学院, 安徽 马鞍山 243032
为研究不同边界约束条件对薄板多点激光喷丸诱导残余应力和塑性变形的影响, 采用数值模拟和试验结合的方法对7075铝合金薄板激光喷丸处理进行研究, 对比分析了板料在底部全约束和两端夹持两种边界约束条件下的变形形貌和残余应力分布。结果表明: 激光喷丸后, 板料冲击区域均产生微凹坑; 底部全约束的板料经激光喷丸后, 未发生整体变形, 仍然保持平整状态, 而两端夹持的薄板喷丸区域发生了整体向上的凸起变形。两种边界约束条件下, 最大残余压应力均出现在板料的冲击表面; 底部全约束时的最大残余压应力为299.0 MPa, 大于板料两端夹持时的251.6 MPa。在厚度方向上, 其残余应力分布也存在着明显差异, 底部全约束时, 厚度方向上的残余应力分布形式为“压应力-拉应力”, 而两端夹持时的分布形式为“压应力-拉应力-压应力”。
激光喷丸强化 边界约束条件 残余应力 塑性变形 laser shock peening boundary constraint condition residual stresses plastic deformation 红外与激光工程
2017, 46(8): 0806009
