第41卷第12期 Vol. 41No.12
「理论与实验研究
假压技术
FORGING & STAMPING TECHNOLOGY
2016年12月 Dec.2016
激光喷丸参数对7075铝合金残余应力分布影响规律的数值分析
帅高鹏，徐晓！，程秀全2，夏琴香
（1.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640；2.广州民航职业技术学院飞机维修工程学院，广东广州510403）摘要：为了研究不同激光喷丸参数对残余应力分布的影响规律，较快获取期望的残余应力分布，通过利用有限元软件 ABAQUS对激光喷丸过程进行数值模拟，完成了7075航空铝合金靶材在不同冲击波峰值压力、冲击次数、光斑大小及搭接率等工艺参数下的数值模拟。模拟结果表明：随着峰值压力的增加，材料表面残余压应力也增加，当峰值压力增大到一定值时，材料表面残余压应力达到最大；当峰值压力一定时，材料表面及内部残余压应力随光斑大小及冲击次数的增加而增加；随着光斑搭接率的增加，材料表面残余压应力增大，且随着措接率的增加，表面残余压应力的波动逐渐减小
关键词：ABAQUS软件；激光喷丸；残余应力；冲击波峰值压力；光斑搭接率 DOI: 10. 13330/j. issn. 1000-3940. 2016. 12. 025
中图分类号：TN249；TG178
文献标识码：A
文章编号：1000-3940（2016）12-0143-07
Numerical analysis on influences of laser shock peening parameters on residual
stress distribution for 7075 aluminum alloy Shuai Gaopeng',Xu Xiao",Cheng Xiuquan',Xia Qinxiang
(1. School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China; 2. Department of Aircraft Maintenance Engineering, Guangzhou Civil Aviation College, Guangzhou 510403, China)
Abstract : In order to explore the influences of dfferent laser shock peening parameters on residual stress distribution and obtain the ex pected residual stress distribution, laser shock peening was simulated by finite element software ABAQUS under different peak pressures, shock times, sizes of the beam spot and overlapping rates for aluminium 7075. The result of numerical simulation indicates that the surface residual compressive stress increases with the increase of peak pressure, and the surface residual stress attains its maximum when the peak pressure reaches a fixed value. However, the surface and inner residual stresses also increase with the increase of beam spot size and shock times under the constant peak pressure. Thus, the surface residual stress increases with the increase of overlapping rate, and its fluctuation tends to the minimum when the overlapping rate increases.
Key words : ABAQUS; laser shock peening; residual stress; peak pressure of the shock wave; overlapping rate of the laser spot
飞机服役一定年限后，其结构件存在大量的腐蚀损伤，时刻威胁着飞机的飞行安全。因此，解决材料表面腐蚀损伤问题、提高金属材料耐应力腐蚀性能显得尤为迫切。目前，国内外通常采用表面强化技术来改善材料的耐应力腐蚀性能[2]。与其他表面强化技术相比，激光喷丸具有灵活可控、应变率高、效果显著等特点，因而在航空航天领域具有较为广阔的应用前景。掌握各种不同激光喷丸工
收稿日期：20160519；修订日期：20160805 基金项目：国家自然科学基金资助项目（51575117）
作者筒介：单高聘（1992-），男，额土研究生 E-mail: shuaigaopeng@ 126. con
通讯作者：夏琴香（1964－），女，博士，教投万方整据ail:mojxia@scutedu.(m
艺参数对材料表面残余应力分布的影响规律，将有助于更加快捷地获取所期望的残余应力分布，为实际飞机维修工作提供一定的理论指导。
在激光喷丸参数对残余应力分布影响规律方面，周建忠[+]、胡永祥[5]等分别以2024-T3铝合金和 35CD450HRC钢为研究对象，通过有限元模拟发现，材料表面残余压应力随着冲击次数的增加而增加，压应力影响层深度也随之增加。陈瑞芳等借助ANSYS软件对激光喷丸40Cr钢试样分析发现，材料表面残余压应力随冲击波峰值压力的增加而增加，当峰值压力增加至一定值时，材料表面残余压应力达到最大并不再增加。黄舒等[7]利用ABAQUS 软件对6061-T6铝合金试样模拟分析发现，试样残余应力场随光斑尺寸的增加而增加。钱绍祥等[")