激光沖擊波誘導(dǎo)金屬材料動(dòng)靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變特性研究.pdf

1、激光沖擊波技術(shù)在工程領(lǐng)域的主要應(yīng)用涉及激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)、激光沖擊成形技術(shù)、激光沖擊打標(biāo)、激光沖擊波檢測(cè)膜基界面結(jié)合強(qiáng)度及材料動(dòng)高壓技術(shù)等,是當(dāng)前科學(xué)研究前沿和激光先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展方向。激光沖擊波瞬態(tài)沖擊加載材料的動(dòng)靜態(tài)響應(yīng)特性為數(shù)值仿真建模和物理模型構(gòu)建提供必要的理論依據(jù),是激光沖擊波技術(shù)研究的重要內(nèi)容和難點(diǎn),亟待開展系統(tǒng)的研究與探討。
　　 為此,本文運(yùn)用電阻應(yīng)變片和X射線衍射兩種應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)技術(shù),開展了激光沖擊波動(dòng)態(tài)加載過

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

3、算出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力,用XRD技術(shù)檢測(cè)靶材表面的殘余應(yīng)力。
　　 融合了動(dòng)靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)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(yīng)力波結(jié)構(gòu)及傳播規(guī)律,解釋了沖擊區(qū)域殘余拉應(yīng)力產(chǎn)生的原因。結(jié)果表明,激光沖擊波壓力遠(yuǎn)大于2024鋁合金動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度的2.5倍和靶材厚度較薄2個(gè)條件同時(shí)存在是沖擊區(qū)域殘余拉應(yīng)力產(chǎn)生的根源所在;得到了實(shí)驗(yàn)使用的2024鋁合金屈服強(qiáng)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(yīng)力狀態(tài)(主應(yīng)力及其方向角)理論與實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)合二向應(yīng)力狀態(tài)單元體受力模型,利用X射線應(yīng)力分析儀測(cè)量三個(gè)方向的殘余應(yīng)力,建立了主應(yīng)力及其方向角的計(jì)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(yīng)力狀態(tài)分布規(guī)律。籍助應(yīng)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(duì)2024鋁合金激光沖擊區(qū)域微觀應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行理論分析與實(shí)驗(yàn)研究。探討了X射線衍射