激光沖擊微凹坑實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、近年來(lái),表面微造型技術(shù)以其良好的改善摩擦性能而得到關(guān)注與快速發(fā)展,激光表面微造型是一種應(yīng)用廣泛的表面微造型方法,然而其主要缺點(diǎn)是消融過(guò)程會(huì)導(dǎo)致材料熔化、斷裂以及改變表面微觀組織;激光沖擊強(qiáng)化是以對(duì)材料改性、提高材料表面完整性為目的,與材料相互作用是機(jī)械的過(guò)程,不破壞表面質(zhì)量。綜合激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)和激光表面微造型技術(shù)而提出的激光沖擊表面微造型新方法,其特點(diǎn)是既能克服激光表面微造型的缺點(diǎn),又能繼承激光沖擊強(qiáng)化的優(yōu)點(diǎn),因此開(kāi)展此方法的研究對(duì)推

2、動(dòng)微造型的發(fā)展具有重要的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文以激光沖擊微凹坑為研究對(duì)象,首先介紹激光沖擊微造型的機(jī)理,探討激光與物質(zhì)相互作用的力學(xué)效應(yīng)、高應(yīng)變率下材料的動(dòng)態(tài)屈服響應(yīng),并詳細(xì)闡釋了激光誘導(dǎo)等離子沖擊波的過(guò)程、激光功率密度、激光沖擊波壓力的估算以及激光沖擊波的時(shí)空分布特性,為之后的激光沖擊微凹坑的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究提供理論依據(jù)。
　　 其次,設(shè)計(jì)激光沖擊微凹坑的實(shí)驗(yàn),研究激光能量、激光沖擊次數(shù)、離焦量、K9玻璃的

3、厚度對(duì)微凹坑造型的形貌的影響。使用AxioCSM700真彩色共聚焦掃描顯微鏡和VeccoWYKO表面形貌儀觀察微凹坑的幾何形貌,用HXD-1000TMSC/LCDMH-VK雙壓頭顯微硬度計(jì)測(cè)量微凹坑的內(nèi)部以及周?chē)砻娴挠捕取?shí)驗(yàn)結(jié)果表明:激光沖擊微凹坑的表面形貌具有很好的連續(xù)性,微凹坑的直徑和深度隨激光的脈沖能量、激光的沖擊次數(shù)、離焦量、約束層K9玻璃的厚度的變化呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律,微凹坑的影響區(qū)域,沿著凹坑徑向方向硬度逐漸增加,中心位

4、置硬度最大。從激光沖擊微觀力學(xué)效應(yīng)方面證實(shí)了激光沖擊微凹坑能夠結(jié)合激光表面微造型和激光沖擊強(qiáng)化的優(yōu)點(diǎn),既能改善材料的摩擦磨損性能,又能提高材料的抗疲勞性能,對(duì)材料起到強(qiáng)化作用。
　　 最后,在之前研究者們對(duì)激光沖擊強(qiáng)化模擬的模型基礎(chǔ)上,利用ANSYS和LS-DYNA軟件,對(duì)有限元模型的建立進(jìn)行了優(yōu)化,選擇更為精確的參數(shù),綜合考慮了沖擊波壓力的時(shí)空分布,對(duì)激光沖擊微凹坑造型的過(guò)程進(jìn)行了模擬,得到了微凹坑的形貌,驗(yàn)證了模型的正確性。