【正文】 使板料產(chǎn)生密集、均勻以及穩(wěn)定的位錯結(jié)構(gòu),使金屬表面發(fā)生塑性變形,在金屬表面層內(nèi)形成殘余壓縮應(yīng)力,從而提高金屬零件的強度、耐磨性、耐腐蝕性和疲勞壽命[9]。在此過程中,由于有能量吸收層本身的“犧牲”作用,保護(hù)了工件表面不受到激光的熱損傷,而約束層的存在大大提高了激光沖擊波的壓力和作用時間,這也就實現(xiàn)了把激光束的光能轉(zhuǎn)變成沖擊波機械能。 激光沖擊技術(shù)的發(fā)展早在20世紀(jì)60年代,一些研究人員就發(fā)現(xiàn)用脈沖激光作用在材料表面可以在固體中產(chǎn)生一定的沖擊波。 激光沖擊強化的示意圖在激光脈沖作用期間，其強度保持恒定時，施加于金屬靶面的沖擊波壓力維持一個平穩(wěn)階段。當(dāng)短脈沖(幾十納秒)、高功率密度(109Wcm2)的強激光透過透明約束層，作用于覆蓋材料表面的能量吸收層時，能量吸收層充分吸收激光能量，在極短時間內(nèi)汽化電離形成高溫(10000K)、高壓(1GPa)的等離子體，該等離子體迅速膨脹向外噴射。而激光沖擊處理技術(shù)是繼激光熱處理、激光非晶化及激光毛化等處理技術(shù)之后，國際上近年來迅速發(fā)展起來的一種新型材料表面改性技術(shù)?？梢院敛豢鋸埖恼f，現(xiàn)代社會的方方面面已經(jīng)與激光的應(yīng)用密不可分[4]。激光用來測、測距、測速、側(cè)角、測量各種可以轉(zhuǎn)換光的物理量，發(fā)展出一門新的專門的學(xué)科激光測量學(xué)，還使得光學(xué)測量方法走出實驗室成為工程測量的常規(guī)手段。由一開始的紅寶石激光器到現(xiàn)在的飛秒激光器等等先進(jìn)的激光器[3]。1958年美國科學(xué)家TOWNES和SCHAWLOW提出在一定的條件下，可將這種微波受激輻射放大器的原理推廣到光波波段，制成受激輻射光放大器（Light amplification stimulated emission of radiation,縮寫為Laser）。由于約束層的作用，金屬蒸汽被限制在金屬表面，金屬氣體繼續(xù)吸收激光輻射能量，發(fā)生爆炸，體積急劇膨脹，甚至產(chǎn)生由激光能量支持的等離子體，形成向金屬內(nèi)部傳播的應(yīng)力波。因此對應(yīng)力波的動態(tài)測量十分重要，它不僅為預(yù)選激光沖擊參數(shù)提供依據(jù)，而且給激光沖擊技術(shù)的無損評價創(chuàng)造條件。激光沖擊能夠改善金屬材料的強度，耐磨性和耐腐蝕性等等，特別是能有效地提高金屬材料的疲勞壽命。最后形成的殘余應(yīng)力場顯示材料表面的殘余應(yīng)力并不是最大的，沿著激光沖擊方向的殘余應(yīng)力先增大至最大值再逐漸衰減直至穩(wěn)定。等離子體以一定的形式向外膨脹，由于等離子體和后續(xù)激光的作用的結(jié)果使得等離子體逆著激光發(fā)展方向,可以稱這種以一定速度離開靶面向著激光器方向運動的等離子體為激光支持的吸收波。 英文翻譯5000單詞以上論文一篇，300字中英文摘要。再利用ABAQUS有限元分析軟件對所建的模型進(jìn)行動態(tài)分析，根據(jù)結(jié)果得出XY表。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書安徽工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書課題名稱激光沖擊對小孔疲勞壽命的影響學(xué) 院 機械工程學(xué)院專業(yè)班級姓 名追風(fēng)少年學(xué) 號畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容:根據(jù)課題進(jìn)行調(diào)研、收集國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，其中外文資料至少3篇以上，書寫開題報告。再利用ABAQUS有限元分析軟件對所建的模型進(jìn)行殘余應(yīng)力分析，根據(jù)結(jié)果得出XY表。 指導(dǎo)教師簽字： IV摘 要激光沖擊已經(jīng)多次被證實在諸多領(lǐng)域都有許多應(yīng)用和巨大的益處，例如增強金屬表面的屬性，改變材料表面的疲勞壽命，穿孔等等。本論文是通過對激光參數(shù)、金屬模板（本文中金屬模板材料取定為純鋁）的取定，利用ABAQUS有限元分析軟件來模擬制定參數(shù)沖擊在金屬模板上產(chǎn)生的沖擊波的波型、強度隨時間頻率變化的關(guān)系等來對激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波進(jìn)行數(shù)值上的模擬。關(guān)鍵詞：激光沖擊；沖擊波；數(shù)值模擬；殘余應(yīng)力場AbstractMany applications and enormous benefits from laser Peening have been demonstrated in a lot of fields like enhance the properties of the metal surface，changing the surface fatigue life，Perforation and so on. Stress wave induced by laser peening is material modification of the energy source. Shock wave induced by laser is generated by plasma. The plasma expands outward in a certain form, as the role of the plasma and the subsequent results of the laser makes laser plasma against the direction of development, we can name this a certain speed to leave the target facing the direction of motion of the plasma laser supported absorption wavelength of the laser.This thesis schedule to take the laser parameters and metal templates(Take the metal template material herein as aluminum.), using ABAQUS finite element analysis software to simulate the impact of formulation parameters on the shock wave generated on the metal template wave type ,the relationship of the frequency and intensity changes with time to the laserinduced shockwave for numerical simulations. After the laser shock, use ABAQUS to simulate the residual stress field in the material.From the resulting imagery and XY table can be seen, Laser shock wave propagation in the material gradually stabilized after the residual stress field display residual stress is not the largest on the surface. Along the direction of laser shock residual stress first increases to a maximum and then gradually decreases until stable.KEYWORDS: Laser Peening，Shockwave，Numerical Simulation，Residual stress field中文摘要 I英文摘要 II目錄第一章 緒論 1 激光技術(shù)的背景和發(fā)展 1 激光技術(shù)的背景 1 激光的應(yīng)用 1 激光沖擊處理的機理 3 激光沖擊技術(shù)的發(fā)展 4 激光沖擊波的研究 7 數(shù)值模擬技術(shù) 8 數(shù)值模擬技術(shù)概述 8 數(shù)值模擬技術(shù)的背景和發(fā)展 9 第二章 激光沖擊波的傳播及其動態(tài)模擬 11 激光沖擊波概述 11 激光沖擊波的力學(xué)效應(yīng) 12 一維應(yīng)變的本構(gòu)模型 14 激光沖擊波在材料中的傳播 16 有限元法概述 18 有限元法的背景和發(fā)展 19 ABAQUS有限元分析軟件簡介 20 激光沖擊鋁板有限元模型的建立 20 模型建立 20 設(shè)置分析步 21 應(yīng)力的加載和邊界條件的約束 21 網(wǎng)格的劃分 23 動態(tài)模擬 24 本章小結(jié) 27 第三章 激光誘導(dǎo)的殘余應(yīng)力及其分析 29 材料殘余應(yīng)力場的形成 29 殘余應(yīng)力場的發(fā)展歷程 30 殘余應(yīng)力的估算 30 穩(wěn)定殘余應(yīng)力場 33 本章小結(jié) 34 第四章 總結(jié)與展望 35 35 展望 35 參考文獻(xiàn) 37 致謝 39 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書第一章 緒論激光沖擊，就是利用高功率密度、短脈沖激光束輻射金屬表面。激光沖擊還可以應(yīng)用于核聚變研究、激光武器研究、材料的改性研究、沖擊相變研究以及提高疏松材料密度等等[1]。激光沖擊誘導(dǎo)應(yīng)力波的原理：激光和金屬表面進(jìn)行相互作用，一部分激光被反射，一部分激光透入金屬。 激光技術(shù)的背景和發(fā)展 激光技術(shù)的背景激光是20世紀(jì)人類的重大科技發(fā)明之一，它對人類的生活產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響。1960年7月美國的MAIMAN宣布制成第一臺紅寶石激光器（Ruby Laser）。 激光的應(yīng)用這期間激光的理論與應(yīng)用研究有了極大的發(fā)展，它作為高科技的研究成果，不僅廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)研究的各個前沿領(lǐng)域，而且已經(jīng)在人類生產(chǎn)和生活的諸多反面都得到了大量的應(yīng)用，與激光相關(guān)的產(chǎn)業(yè)已在全球形成了超過千億美元的年產(chǎn)值。激光用于加工，始于激光打孔，很快就推廣到切割、焊接、熱處理、表面改性與強化，乃至激光快速成型、激光清洗和激光微加工，已經(jīng)成為了高科技產(chǎn)業(yè)不可缺少的加工方法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對機械零部件的要求也越來越高，其使用環(huán)境也變得越來越苛刻，許多機械結(jié)構(gòu)必須在高壓、高溫、高磨損和高腐蝕的外部條件下使用。激光沖擊處理能夠使零件表層材料的亞結(jié)構(gòu)得到改善并產(chǎn)生有益殘余壓應(yīng)力，增強硬度和強度，增加抗應(yīng)力腐蝕能力，延長零件的疲勞壽命。由于約束層的存在，等離子體的膨脹受到約束限制，導(dǎo)致等離子體壓力迅速升高，結(jié)果施與靶面一個沖擊加載，產(chǎn)生向金屬內(nèi)部傳播的強沖擊波。而在激光作用的后期，由于激光功率密度的減小，作用于表面的沖擊波壓力也隨之降低，因此在激光沖擊過程中，激光誘導(dǎo)的沖擊波壓力經(jīng)歷了快速增強、保壓和衰減三個過程。為了獲得高強沖擊波壓力,人們對“直接燒蝕”模式進(jìn)行了改進(jìn),即在激光沖擊前,先在材料表 面涂覆一層能量吸收層(如黑漆),再在其上覆蓋一層對激光透明的約束層(如水簾),形成“約束燒蝕”模式[8]。產(chǎn)生激光沖擊波的物理機制一般認(rèn)為有兩種：,它起源于靶體表面快速地吸收激光脈沖能量所造成的熱膨脹和巨大的應(yīng)力梯度；,它起源于迅速蒸發(fā)與膨脹的高溫等離子體蒸汽對靶材反沖壓力。激光沖擊強化技術(shù)的研究源于1972年,美國Columbus實驗室的FAIRAND等人首次用高功率脈沖激光誘導(dǎo)的沖擊波來改變7075鋁合金的顯微結(jié)構(gòu)組織和機械性能,研究表明7075鋁合金材料經(jīng)激光沖擊后,其屈服強度提高30%[10]。經(jīng)激光沖擊強化后形成的殘余應(yīng)力大小也能達(dá)到材料抗拉強度的60%,但形成殘余壓應(yīng)力層深度比機械噴丸強化形成的殘余壓應(yīng)力層要深,而要測量這些參數(shù)就需要特殊的裝置來完成[11]。由于激光的脈沖能量、光斑尺寸及脈沖間隔寬度等參數(shù)精確可控,通過數(shù)控系統(tǒng)控制激光沖擊頭和板料的相對運動軌跡，可實現(xiàn)單次沖擊板料局部成形,也可實現(xiàn)對板料的逐點/逐次沖擊，使其逐步變形,實現(xiàn)逐點沖擊大面積成形,因而能成形出復(fù)雜的工件形狀[13]。1995年美國的JEFFDULANNEY創(chuàng)建激光沖擊處理公司(LSPTECHNOLOGIES)主要是向業(yè)界提供優(yōu)質(zhì)的LSP服務(wù)和設(shè)備[14]。然而,這種葉片進(jìn)行激光噴丸沖擊強化后,受到大的外來物損傷后其疲勞強度仍保為690Mpa。與沖擊強化的主要區(qū)別是最終目的不同。激光噴丸成形原理就是利用超短脈沖激光束替代有質(zhì)彈丸,和材料相互作用產(chǎn)生的沖擊波壓力在金屬板料表面產(chǎn)生深度分布的高幅殘余壓縮應(yīng)力,適度分布的應(yīng)力場形態(tài)對應(yīng)著一定曲率的板材形狀,通過控制應(yīng)力場分布形式,實現(xiàn)板材的精密彎曲成形[18]。ANDER Holm和Keefe先后通過改變材料和在靶材表面加約束層的方法使得應(yīng)力波強度提高了約1個數(shù)量級[19]。與此同時，美國洛克希德喬治亞公司在對7075．T6和7475．173鋁合金的激光沖擊處理中也發(fā)現(xiàn)，激光沖擊處理能有效提高鋁合金的抗疲勞和裂紋擴展抗力。正是這些優(yōu)點使得有關(guān)該技術(shù)的研究進(jìn)一步廣泛和深入。激光沖擊強化處理采用的激光脈沖寬度僅幾十納秒甚至更窄，激光與材料作用時間極短，加之在材料表面涂覆吸收層，使得傳遞到金屬表面的熱量微乎其微，因熱效應(yīng)而引起的顯微組織變化亦可忽略。使用分光裝置，一個激光器可以對多部位進(jìn)行同時加工。對殘余應(yīng)力的分析大多采用有限元方法，BRAISTED 首次引入有限元方法計算激光沖擊強化殘余應(yīng)力，隨后提出了軸對稱模型用以計算激光噴丸產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，在模型中綜合考慮了壓力衰減，材料彈塑性以及材料沖擊屈服強度曲線，此模型與12Cr 鋼和7075T7351 鋁合金的試驗結(jié)果符合良好。在計算激光沖擊強化應(yīng)力時有必要引入溫度場的影響，同時溫度場對表層能量吸收率有影響，THORSLUND 等人提出考慮激光輻射和溫度在工件上分布的溫度模型，與實際輻射量相比，輻射率對材料溫度的影響更大。有限元軟件是數(shù)學(xué)、力學(xué)及計算機技術(shù)完美融合的結(jié)晶，在能源、冶金、制造、國防軍工等諸多領(lǐng)域均得到極為廣泛的使用[24]。沒有正確完善的數(shù)學(xué)模型，數(shù)值模擬就無從談起。計算方