[发明专利]LSP强化效果主控参量与优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光冲击强化（LSP）的强化效果主控参量与优化设计方法。

背景技术

激光冲击强化（Laser shock peening,LSP）是一种新型的材料表面处理工艺。LSP过程中，短瞬时、高功率密度激光辐照吸收层材料，使其熔化、气化、电离，形成等离子体。等离子体继续与激光作用，其电子浓度、离子浓度、温度、内能以及压力迅速升高。形成的高温等离子体受到约束作用诱导短脉宽高幅值的等离子体压力。该压力在靶体材料内部传播的过程中使材料发生塑性变形并在冲击表面附近形成残余压应力，从而实现强化的效果。

激光冲击强化效果的影响因素和影响规律比较复杂，工艺控制参数很多，因此需要对激光冲击强化过程中的工艺参数进行优化设计。

激光冲击强化过程中的工艺参数主要由激光参数和材料参数组成。激光参数包括激光能量、激光功率密度时间分布及空间分布、光斑尺寸。材料参数包括约束层、吸收层以及靶体材料的力学参数、几何参数以及热力学参数等。如何选择合适的工艺参数，对激光冲击处理的强化效果至关重要。

由于激光冲击强化机理的复杂性和材料体系的多样性，强化效果的系统分析比较困难。

虽然目前对激光冲击强化工艺参数的研究已经开展了大量的工作，但是理论分析工作基于很大程度的简化，没有考虑压力演化的复杂性、压力空间和时间分布的不均性以及材料在这种复杂载荷条件下的变形行为，不能准确反映出激光冲击强化的物理作用机理。

另外，目前的研究工作主要是对实验结果的定性分析和规律总结，不能揭示强化效果与工艺参数的本质关系。激光冲击的强化效果是由激光参数、材料参数以及冲击处理参数共同作用的，如何获得工程中需要的主控无量纲参并进而对工艺参数进行优化设计，目前还缺乏有效的系统分析方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种LSP强化效果主控参量与优化设计方法，能够优化设计激光冲击强化的工艺参数。

本发明提供的一种LSP强化效果主控参量与优化设计方法是：

在公式1：LpE/ρ·τ=f(I0σYaCea,haR,RCeaτ),]]>公式2：σmρ0Cea2=g(I0σYaCea,haR,RCeaτ)]]>中，通过改变三个参数和其中之一并保持其余两个参数不变来做多组实验，获得L_p和σ_m与保持不变的参数的关系，再通过迭代计算来获得L_p和σ_m与改变的参数的关系，从而得到该改变的参数对强化效果的影响曲线；其中，L_p塑性区深度、σ_m最大残余压应力、E激光能量、ρ激光密度、ρ₀靶体材料密度、I₀功率密度、σ_Ya屈服应力、C_ea吸收层弹性波速、h_a吸收层厚度、R光斑半径、τ激光半峰宽时间。