[发明专利]一种基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法

权利要求书

1.一种基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法，其特征在于，包括：

模型仿真步骤：对材料进行激光喷丸单点冲击，确定激光冲击压力载荷的时间与空间分布模型并以此建立激光喷丸连续冲击动态仿真模型，提取平面两个正交方向固有应变沿深度方向的分布模型，依据所述平面两个正交方向固有应变沿深度方向的分布模型建立方形板计算模型，计算得到方形板计算模型的第一弯曲变形轮廓数据；

方形板成形步骤：对与所述方形板计算模型相同尺寸的方形板进行激光喷丸扫描冲击，测量得到第二弯曲变形轮廓数据；

校正步骤：比较所述第一弯曲变形轮廓数据与所述第二弯曲变形轮廓数据，对所述平面两个正交方向固有应变沿深度方向的分布模型进行校正；

所述的建立激光喷丸连续冲击动态仿真模型包括：使用激光冲击压力载荷的时间与空间分布模型作为单个光斑的载荷形式，按照一定的扫描路径和光斑搭接方式，形成重复特征单元，进行多个光斑的连续冲击动态仿真；

所述的重复特征单元在整个激光喷丸区域内具有周期性、重复性，整个喷丸区域除面积小于重复特征单元的部分边缘外，通过若干重复特征单元的紧密排列完全覆盖。

2.根据权利要求1所述的基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法，其特征在于，所述激光喷丸单点冲击与所述激光喷丸扫描冲击所采用的工艺参数相同，所采用的材料相同，所述工艺参数包括激光功率密度、光斑大小、激光脉宽，约束层和吸收层；所述第一弯曲变形轮廓数据与所述第二弯曲变形轮廓数据包括平面两个正交方向中心线的变形轮廓线。

3.根据权利要求1所述的基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法，其特征在于，所述的激光冲击压力载荷的时间与空间分布模型包括函数方程p＝p(r,t,c)，其中，p为冲击压力载荷，r为激光光斑范围内一点到光斑中心的距离，t为从激光照射到板材表面开始的时间，c为可调整控制参量。

4.根据权利要求3所述的基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法，其特征在于，通过单光斑动态计算来确定激光冲击压力载荷的时间与空间分布模型，包括：进行单光斑激光冲击动态计算，通过不断调整所述激光冲击压力载荷的时间与空间分布模型中相关的c参量，直到由单光斑动态计算得到的第一冲击微坑几何形貌与所述激光喷丸单点冲击得到的第二冲击微坑几何形貌相互吻合，由此时的c参量确定的p＝p(r,t,c)函数方程即为标定所得的激光冲击压力载荷的时间与空间分布模型。

5.根据权利要求1所述的基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法，其特征在于，所述的提取平面两个正交方向固有应变沿深度方向的分布模型包括：定义X方向和Y方向分别为平面两个正交方向，Z方向为深度方向；激光喷丸连续冲击动态仿真结束后，在重复特征单元内，沿Z方向取每一层所有节点沿X方向塑性应变值的平均值，作为该深度X方向的固有应变值对获得的一系列离散数据点用适当的函数进行拟合，得到X方向固有应变沿深度方向的连续分布函数其中，z为一点的深度值；类比地，得到Y方向固有应变沿深度方向的连续分布函数为

6.根据权利要求5所述的基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法，其特征在于，所述方形板计算模型对材料赋予与深度关联的热膨胀系数α，并对喷丸区域施加温度场ΔT＝1，以此方式在所述方形板计算模型中引入等效固有应变ε^*＝αΔT。

7.根据权利要求6所述的基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法，其特征在于，所述的热膨胀系数具有正交各向异性，且其在深度方向的分布规律与平面两个正交方向固有应变沿深度方向的分布模型相同，即

8.根据权利要求1所述的基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法，其特征在于，对所述平面两个正交方向固有应变沿深度方向的分布模型进行校正包括：将所述第一弯曲变形轮廓数据与所述第二弯曲变形轮廓数据进行比对，根据两者的差异对所述平面两个正交方向固有应变沿深度方向的分布模型进行调整，重复直至所述第一弯曲变形轮廓数据与所述第二弯曲变形轮廓数据吻合为止，最终调整所得的所述平面两个正交方向固有应变沿深度方向的分布模型即为相应工艺参数的激光喷丸在所述材料上所对应的固有应变分布。