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题名激光冲击诱导应力波对残余应力孔洞形成的影响
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作者
盛湘飞
谭慧勇
袁文志
苟江龙
李智
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机构
南华大学机械工程学院
南华大学土木工程学院
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出处
《表面技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第19期153-163,共11页
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基金
国家自然科学基金(51575117)
湖南省自然科学基金(2019JJ50519)
湖南省教育厅项目(20C1601,20C1607)。
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文摘
目的揭示残余应力孔洞形成的影响机制。方法采用有限元动力学仿真,实现对激光冲击诱导应力波传播过程的捕捉和特性分析。结果在2000 ns以内的光斑作用区域,材料的初始应力仅受到激光冲击诱导Ⅱ类应力波的扰动作用,此扰动作用由光斑中心向外依次减弱,引起的应力波动幅值由2459 MPa降至224 MPa;在其他工艺参数相同的情况下,残余应力孔洞随着峰值压力和脉宽的增加而变得更加明显,应力幅值差σ_(k)分别由0、114 MPa增至454、568 MPa,孔洞直径d_(k)分别由0、0.8 mm增至约1.4 mm,光斑直径的影响相对较弱。在激光能量3 J的作用下,空间高斯分布对应结果存在应力孔洞,σ_(k)、d_(k)分别为190 MPa、1 mm。将空间平顶分布激光能量增至7 J,对应结果由3 J激光能量时的无应力孔洞转变为存在明显应力孔洞,σ_(k)、d_(k)分别为634 MPa、1.4 mm。另外,在激光能量3 J的作用下,材料1的应力孔洞最显著,σ_(k)、d_(k)分别为207 MPa、1.4 mm,均高于材料2和材料3的对应值。凸圆面、平面和凹圆面对应的σ_(k)分别为212、190、83 MPa,d_(k)均为1 mm。结论在圆形光斑激光冲击载荷作用下,加载和卸载过程中形成的应力波在光斑中心的汇聚作用均较强,导致光斑中心区域材料持续出现正反向屈服,进而形成残余应力孔洞;在相同参数条件下,激光能量越高,则材料的力学性能越低,应力波扰动作用越强,应力孔洞现象越明显。
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关键词
激光冲击
应力波
残余应力
应力孔洞
有限元分析
镍基高温合金
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Keywords
laser shock
stress wave
residual stress
stress hole
finite element analysis
nickel-based superalloy
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分类号
TG178
[金属学及工艺—金属表面处理]
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