[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

说明书

本发明提供了一种基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法，包括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并以此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；对相同的材料进行激光喷丸扫描冲击，测量得到第二弯曲变形轮廓数据；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。本发明提供的方法具有简便、准确、成本低的特点，可以提高获取固有应变的准确性。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体地，涉及一种基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法。

背景技术

激光喷丸工艺是一种新兴的金属表面强化和板件成形技术，与传统机械喷丸相比，其具有塑性层深度更大、工艺可控性更强、加工表面质量更高等突出特点。由于上述优势，激光喷丸在航空航天和国防领域的工程实践中，如飞机机身壁板气动外形成形、航空发动机涡轮叶片强化、运载火箭燃料储箱成形等需求中，均具有广阔的应用前景。

激光喷丸的基本原理是通过激光冲击作用使板件表层产生塑性应变从而引入残余压应力和弯曲成形。固有应变是物体所有非弹性应变的总和，被认为是产生残余应力和变形的根源。因此，如何获得特定激光喷丸参数所对应的固有应变分布，是激光喷丸技术应用的重要课题之一。

固有应变起初被用于大型船舶板件的焊接变形预测，如现有专利“一种预测多层焊焊接变形的方法”(申请号CN201410650011.4)在实验基础上建立固有应变与焊接能量的函数关系，然后利用此函数关系和各层焊接时所消耗的焊条数量来计算每层焊后的固有应变，最终得到总固有应变预测整体焊接变形。固有应变法虽然已经在焊接领域得到较为普遍的应用，但是在激光喷丸研究方面还比较匮乏。

现有专利“用于确定复杂曲面形状工件激光喷丸成形工艺参数的方法”(申请号CN201510102659.2)在国内首次将固有应变法引入到激光喷丸应用中，以固有应变为中间量，建立根据目标曲面形状优化选择相应激光喷丸成形工艺参数的方法，但是在该专利中没有介绍如何获得不同激光喷丸参数对应的固有应变分布。美国学者DeWald在其论文中提出一种通过测量残余应力，建立半解析公式反求固有应变的方法，但是该方法实施过程复杂，且准确测量残余应力的难度较大，难以获得深度方向的固有应变。(A.T.DeWald,M.R.Hill.Eigenstrain-based model for prediction of laser peening residualstresses in arbitrary three-dimensional bodies Part 1:Model description.TheJournal of Strain Analysis for Engineering Design,2009,44(1):1-11.)

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法。

根据本发明提供的一种基于计算模型确定激光喷丸固有应变的方法，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。