逐层剥离对激光诱导残余应力场影响的数值模拟

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第４４卷第２期
２０１４年２月
激光与红外
ＬＡＳＥＲ．２Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１４
文章编号：１００１－５０７８（２０１４）０２－０１４０－０５
摘要：为评价激光冲击强化效果，通常采用ｘ射线衍射法（ＸＲＤ）测定工件的残余应力分布。
由于ｘ射线穿透深度一般在微米数量级，为获得工件深度方向上的残余应力分布规律，常采用电解抛光的方法逐层剥离工件表面材料。逐层剥离过程改变了工件表面的边界条件，使得
２．ＰｌａｓｍａＤｙｎａｍｉｃｓＬａｂｏｒａｔｏｒｙＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆ＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅＡｉｒ
ｔｅｒ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｄｅｐｔｈ，ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍａｔｅｉａｒｌｓａｒｅｏｆｔｅｎｓｔｉｒｐｐｅｄｌａｙｅｒｂｙｌａｙｅｒｂｙｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｐｏｌｉｓｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．Ｌａｙｅｒ —ｓｔｒｉｐｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｃｈａｎｇｅｓｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓｕｒｆａｃｅ，ｓｏｔｈｅｄｉｓｔｉｂｒｕｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｓｃｈａｎｇｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｖａｌｕｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅＸＲＤｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｉｓｎｏｔｔｈｅｓａｍｅａｓｔｈａｔｗｉｔｈｏｕｔｌａｙｅｒ —ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｎｕｍｅｉｒｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｙｅｒ—ｓｔｉｐｒｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｎｔｈｅｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｄｕｃｅｄｂｙｌａｓｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔ：ｉｎｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｒｅｇｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｖａｌｕｅａｆｔｅｒｓｔｉｒｐｐｉｎｇｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｗｉｔｈｏｕｔ
ＦｏｒｃｅＥｎｉｇｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００３８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｐｅｅｎｉｎｇ，ｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎｏｆｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓｉｓｕｓｕａｌｌｙ
残余应力分布发生了改变，导致ＸＲＤ实验测得的残余应力与未剥离前不同。本文采用有限元数值模拟方法研究了剥离过程对激光诱导残余应力场分布的影响。结果表明：在残余压应力区域，剥离材料后内部的残余压应力较剥离前增大，残余压应力增加程度随着剥离深度的增大而增加；剥离表面较浅一层材料时，整体残余应力场的分布变化较小，且有利于消除激光）中击强化产生的“ 残余应力洞” 。该研究对基于ＸＲＤ实验测定的残余应力修正具有一定的指导意义。关键词：激光冲击强化；残余应力；电解抛光；数值模拟
ｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｅＸ— ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ（ＸＲＤ）．ＳｉｎｃｅｔｈｅｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｄｅｐｔｈｏｆＸ— ｒａｙｉｓｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｍｉｃｒｏｍｅ —
中图分类号：ＴＮ２４９文献标识码：ＡＤｏｌ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５０７８．２０１４．０２．０
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｆｅｃｔｏｆｌａｙｅｒｓｔｒｉｐｐｉｎｇｏｎｔｈｅｌａｓｅｒ．ｉｎｄｕｃｅｄｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｅｆｌｄ
・激光应用技术・
逐层剥离对激光诱导残余应力场影响的数值模拟
赵洁，聂祥樊，臧顺来
（１．西安交通大学机械工程学院，陕西西安，７１００４９；
２．空军工程大学航空航天工程学院等离子体重点实验室，陕西西安，７１００３８）
ＺＨＡＯＪｉｅ，ＮＩＥＸｉａｎｇ — ｆａｎ，ＺＡＮＧｓｈｕｎ — ｌａｉ ’ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＸｉａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ，７１００４９，Ｃｈｉｎａ；