激光沖擊波誘導金屬材料動靜態(tài)應力應變特性研究.pdf

1、激光沖擊波技術在工程領域的主要應用涉及激光沖擊強化技術、激光沖擊成形技術、激光沖擊打標、激光沖擊波檢測膜基界面結合強度及材料動高壓技術等,是當前科學研究前沿和激光先進制造技術的發(fā)展方向。激光沖擊波瞬態(tài)沖擊加載材料的動靜態(tài)響應特性為數(shù)值仿真建模和物理模型構建提供必要的理論依據(jù),是激光沖擊波技術研究的重要內(nèi)容和難點,亟待開展系統(tǒng)的研究與探討。
　　 為此,本文運用電阻應變片和X射線衍射兩種應力應變檢測技術,開展了激光沖擊波動態(tài)加載過

2、程中材料的動態(tài)應力應變特性研究,開展了激光沖擊后材料表面的殘余應力狀態(tài)及微觀應力應變分布特性研究。主要研究內(nèi)容如下:
　　 基于理想彈塑性材料模型,引入一維應變平面波理論,分析了激光沖擊波作用下材料的動態(tài)響應過程。
　　 提出了激光沖擊波誘導金屬材料動靜態(tài)應力應變特性檢測方法。其核心思想是:利用STSS-1應力檢測模塊和電阻應變片采集激光單次沖擊加載靶材背面的動態(tài)與靜態(tài)應變信號,通過Johnson-Cook動態(tài)本構模型計

3、算出相應的動態(tài)應力,用XRD技術檢測靶材表面的殘余應力。
　　 融合了動靜態(tài)應力應變信息,建立了2024鋁合金薄板靶材激光沖擊波加載模型,并利用該模型描述了靶材內(nèi)部應力波結構及傳播規(guī)律,解釋了沖擊區(qū)域殘余拉應力產(chǎn)生的原因。結果表明,激光沖擊波壓力遠大于2024鋁合金動態(tài)屈服強度的2.5倍和靶材厚度較薄2個條件同時存在是沖擊區(qū)域殘余拉應力產(chǎn)生的根源所在;得到了實驗使用的2024鋁合金屈服強度在392MPa左右。
　　 開展

4、了2024鋁合金激光沖擊后材料表面殘余應力狀態(tài)(主應力及其方向角)理論與實驗研究。結合二向應力狀態(tài)單元體受力模型,利用X射線應力分析儀測量三個方向的殘余應力,建立了主應力及其方向角的計算公式,分析了不同激光沖擊參數(shù)(功率密度和沖擊次數(shù))在材料表面產(chǎn)生的殘余應力狀態(tài)分布規(guī)律。籍助應力狀態(tài)軟性系數(shù)分析了不同沖擊參數(shù)產(chǎn)生的塑變量及塑變梯度分布規(guī)律。
　　 對2024鋁合金激光沖擊區(qū)域微觀應力應變進行理論分析與實驗研究。探討了X射線衍射