激光冲击强化“残余应力洞”的形成机制

利用ABAQUS有限元软件进行了单个圆形高斯光斑的激光冲击强化数值模拟,分析材料表面光斑中心区域形成的"残余应力洞"现象,并通过分析材料的动态力学响应特征揭示了"残余应力洞"的形成机制。结果表明:在冲击波加载时,光斑边界处会产生很强的剪切应力,形成向四周传播的表面稀疏波和向材料内部传播的剪切波。当稀疏波同时传播到光斑中心,发生相遇、汇聚,使材料产生急剧的上下位移过程,造成冲击波加载塑性变形后的二次塑性变形。二次塑性变形中形成了较大的剪切塑性应变,并降低了冲击波加载阶段产生的轴向和径向塑性应变,使残余压应力降低,从而形成"残余应力洞"。     

强激光冲击铝合金改性处理研究

利用新型聚偏1.1-二氟乙烯（PVDF）压电传感器,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量,得到激光引发的冲击波峰压在铝中成指数型的衰减规律;观测了不同约束层材料在铝靶表面产生的激光冲击波,研究了不同约束层对冲击效果的影响;最后用激光冲击强化装置对7050-T7451航空铝合金结构材料进行了冲击强化处理,对试件激光冲击区存在的残余压应力及位错密度进行了测量。结果显示经激光冲击处理的试件表面具有极高的残余压应力,可达-200MPa以上。激光冲击处理后铝合金的位错密度得到显著的提高,疲劳寿命提高到175％～428％。这些重要结果对激光冲击改性处理技术的实际应用具有指导性作用。     

强脉冲激光在AZ31B镁合金中诱导冲击波的实验研究

为了研究强脉冲激光在镁合金中诱导冲击波的衰减,采用Nd:Glass脉冲激光(1054 nm,23 ns)对AZ31B变形镁合金试样表面进行冲击,并利用响应快、测量范围大的PVDF压电膜传感器以及示波器实时测量了强脉冲激光在镁合金靶中诱导激光冲击波的相对压力.根据冲击波每次在靶材背面反射时,所经过距离的不同得到激光冲击波在镁合金中的衰减规律.结果表明,在激光能量为5J的强脉冲激光作用下,镁合金中冲击波衰减的平均速度为5.83×10³ m/s,与镁合金中应力波纵波的传播速度相符;强脉冲激光诱导冲击波在镁合金中是以指数规律衰减的.试验所得分析结果对激光冲击强化镁合金的应用具有重要意义. 关键词： 激光 镁合金 压电膜传感器 衰减规律     

超高应变率拉伸破碎铝的粒子尺寸测量

材料在超高应变率下发生的动态拉伸破碎是冲击波物理领域的一个重要内容,受诊断技术限制,粒子尺寸直接测量的数据非常有限。基于脉冲激光同轴全息技术,建立了一套材料超高应变率破坏状态和破碎粒子诊断的高精度联合测量系统,利用该系统,成功开展了107～108/s超高应变率范围内铝的动态破碎粒子在位测量,获得了粒子尺寸分布数据。     

激光诱导AZ31B镁合金薄板动态响应实验研究

为分析在激光冲击波作用下AZ31B镁合金薄板背面的动态响应,采用聚偏氟乙烯贴片传感器与数字示波器对强激光诱导的冲击波进行测量,得到压电波形,结合冲击波的传播特性,对弹塑性双波的传播规律进行了研究。结果表明:激光诱导的材料动态响应是快速的;压电波形图反映出的弹性前驱波与塑性加载波传播到靶材背面的时间与理论时间相符;弹性前驱波能量小引发的波形振幅较小,紧随着的塑性加载波能量大并引起较大振幅波动,弹塑性双波卸载过程与紧接着的加载过程导致了压电信号的波动振幅提高。     

连续波激光辐照下金属材料的二维非线性温度场研究

 建立了连续波激光作用下金属材料动态温升的物理模型和有限元计算模型。并分别计算了在平均功率密度1 kW/cm²、光斑直径28 mm的连续波激光辐照下，30CrMnSiA钢及LD10-CS铝合金前、后表面及内部温度分布。得到了给定条件下，材料动态升温过程，靶前表面达到熔点的时刻，以及不同时刻靶前、后表面的温度场分布。并比较了两种材料不同的温度响应特性和不同反射率对温升的影响。     

放大自发辐射对激光冲击处理7050铝合金的影响

 利用高功率钕玻璃激光器对7050铝合金表面进行了冲击处理,保持泵浦功率不变,用压电传感器和示波器测试了激光冲击产生的压力波形,用X射线应力测量仪测量了激光冲击后铝合金表面的残余应力,并用非接触式光学轮廓仪分析了激光冲击后铝合金的表面形貌,研究了放大自发辐射强度对激光冲击处理7050铝合金冲击压力、残余应力和粗糙度影响的微观机理。研究结果表明:在泵浦功率不变前提下,放大自发辐射强度的增大降低了激光冲击波压力,铝合金表面残余压应力也随之降低,同时铝合金表面粗糙度增大。     

激光应用 激光工业应用

TG156.992006010210强激光冲击铝合金改性处理研究=Research of materialmodification induced by laser shock processing on alumi-numalloy[刊,中]/吴边(中科院安徽光机所.安徽,合肥(230031)),王声波…∥光学学报.—2005,25(10).—1352-1356利用新型聚偏1,1-二氟乙烯(PVDF)压电传感器,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量,得到激光引发的冲击波峰压在铝中成指数型的衰减规律;观测了不同约束层材料在铝靶表面产生的激光冲击波,研究了不同约束层对冲击效果的影响;最后用激光冲击强化装置对7050-T7451航空铝合金结构材料进行了冲击…     

基于PVDF传感器的单脉冲激光推力加载过程研究

 利用高频响应材料PVDF作为敏感元件，建立了一套单脉冲瞬态推力测试系统，并用37 mm分离式Hopkinson压杆装置对该测试系统进行动态标定。标定结果显示，在0~150 MPa范围内，PVDF传感器（5 mm×5 mm）的压电特性呈线性，动态压电系数经线性拟合后为20 pC/N。用所建推力测试系统获得了单脉冲激光作用下，旋转抛物形激光推力器的推力加载曲线，并对该曲线形成多个峰值的原因进行了分析。实验结果表明，该系统可以捕获激光推力器脉冲推力加载特征。     

利用直接激发Rayleigh表面波的方法测量材料的声学非线性系数

提出了利用直接激发Rayleigh表面波的方法测量材料的声学非线性系数.采用专门的信号源,将压电传感器安装在试件边缘直接激发Rayleigh表面波,利用激光干涉仪测量系统采集试件表面的Rayleigh波信号.对采集到的Rayleigh波信号进行FFT变换,得到Rayleigh波信号中所包含的基频和高频成分,并据此进一步确定材料的声学非线性系数.对铝合金材料AA2024和AA6061的试验测量与分析结果表明,这种利用将压电传感器直接安装在试件边缘激发Rayleigh表面波的方法能够有效、准确地测量材料的声学非线性系数,可以为材料和结构早期力学性能退化的无损检测和评价提供一种有效的途径.     

激光冲击波对5B05铝合金表面应力状态的调整

采用X射线衍射仪分别对光斑中心及其边界点冲击前后3个方向上的残余应力进行测量。根据主应力及其方向角的计算公式,计算出了各测试点冲击前后的主应力值和主应力方向角,分析了其分布特性。结果表明,激光冲击波不仅能调整5B05铝合金表面残余主应力值,还能调整其方向。最大主应力增幅最大点与最小主应力增幅最大点并不在同一点上。5B05铝合金经激光冲击波作用后,表面应力状态得到了改善,应力分布变得分散,应力域变大。     

High level compressive residual stresses produced in aluminum alloys by laser shock processing

Laser shock processing (LSP) has been proposed as a competitive alternative technology to classical treatments for improving fatigue and wear resistance of metals. We present a configuration and results for metal surface treatments in underwater laser irradiation at 1064 nm. A convergent lens is used to deliver 1.2 J/cm² in a 8 ns laser FWHM pulse produced by 10 Hz Q-switched Nd:YAG, two laser spot diameters were used: 0.8 and 1.5 mm.Results using pulse densities of 2500 pulses/cm² in 6061-T6 aluminum samples and 5000 pulses/cm² in 2024 aluminum samples are presented. High level of compressive residual stresses are produced −1600 MPa for 6061-T6 Al alloy, and −1400 MPa for 2024 Al alloy. It has been shown that surface residual stress level is higher than that achieved by conventional shot peening and with greater depths. This method can be applied to surface treatment of final metal products.     

2024铝合金激光多次冲击诱导残余应力状态分布规律

采用高功率激光器多次冲击2024铝合金,用X射线衍射技术分析了冲击区域的残余应力,研究了冲击残余应力状态分布规律,并用其评价激光冲击强化效果。研究表明,随着冲击次数增加,塑变量及塑性应变梯度逐渐减小,测点是双向压应力状态,而4次冲击时,塑性应变梯度增大,光斑中心是单向压应力状态,其他点是双向压应力状态。当激光功率密度为2.8 GW/cm2时,3次冲击强化效果最佳,材料是二向压应力状态,残余最大主应力及应力强度的均值最大,方差最小,分布基本均匀,塑性应变梯度较小。     

冲击作用下金属表面微喷射的分子动力学模拟

利用二维分子动力学程序,结合类紧束缚杂化多体势,研究冲击载荷下金属表面包含沟槽型缺陷的微喷射动力学过程.在产生微喷射以后,结果表明材料内部传播着两种波系:反射稀疏波和二次加载压缩波,其中,反射稀疏波波面与沟槽形状相似,而二次压缩波波面随沟槽夹角的变化而变化;并形成了两个压强区:负压区和正压区,负压区的存在表明材料中可能产生微损伤.同时,统计结果表明微喷射体的速度随沟槽半角增加而增加的趋势,微喷射体的粒子数随沟槽半角增大而减少的趋势,当沟槽半角大于60°,微喷射效应消失.以上计算结果可以定性说明射流是沟槽型 关键词： 冲击波 沟槽型缺陷 微喷射 分子动力学     

Time-resolved shadowgraphs and morphology analyses of aluminum ablation with multiple femtosecond laser pulses

Aluminum ablation by multiple femtosecond laser pulses is investigated via time-resolved shadowgraphs and scanning electron microscope(SEM) images of the ablation spot. The spatial distribution of the ejected material and the radius of the shock wave generated during the ablation are found to vary with the increase in the number of pulses. In the initial two pulses, nearly concentric and semicircular stripes within the shock wave front are observed, unlike in subsequent pulses. Ablation by multiple femtosecond pulses exhibits different characteristics compared with the case induced by single femtosecond pulse because of the changes to the aluminum target surface induced by the preceding pulses.