[发明专利]一种飞机受损件激光喷丸修复过程的残余应力调控方法

说明书

本发明公开了一种飞机受损件激光喷丸修复过程的残余应力调控方法；根据飞机受损件表面形状建立基于ABAQUS软件的激光喷丸有限元模型，依托该模型建立各个表面形状分区的残余应力与激光光斑搭接率之间的拟合关系式；结合受损件表面形状及受力情况，设计出能与外载荷相抵消的预期残余应力场，并以此求解具有非均匀分布特点的激光喷丸搭接率；在飞机受损件实际修复过程中采用该非均匀搭接率实现对残余应力的调控，得到与预期相吻合的残余应力场。本发明充分利用非均匀搭接率对残余应力的影响，获得可使受损件在外载荷下表面处于近似无受力的状态，极大地提升飞机受损件激光喷丸修复效果。

技术领域

本发明涉及机械工程的激光加工领域，尤其涉及一种飞机受损件激光喷丸修复过程的残余应力调控方法。

背景技术

飞机受损件是指受到腐蚀损伤的飞机结构件。

当腐蚀深度较小时，飞机受损件经过修复后仍可继续使用。修复过程中，通过打磨处理去除被腐蚀的材料，形成具有复杂表面形状的打磨件(包含平面、凸圆弧面、斜面、凹圆弧面等，如图1所示)；随后，为了补强打磨区域的抗腐蚀性能和延长疲劳寿命，需要对打磨件进行表面强化处理如机械喷丸和激光喷丸等(如图2和图3所示)。

与机械喷丸相比，激光喷丸具有残余压应力大、影响深度大、精确可控等优势，在飞机受损件修复中具备广阔的应用前景。

激光喷丸主要的工艺参数包括搭接率、激光能量、冲击次数等。

这些工艺参数对修复后的残余应力具有直接影响。

然而，在传统的飞机受损件激光喷丸修复中，各个位置的激光喷丸工艺参数是保持一致的。但由于相同工艺参数的激光喷丸作用在不同表面形状上所得到的残余应力值是不同的。因此均匀的工艺参数激光喷丸处理具有复杂表面形状的受损件后，得到的残余应力场往往非均匀分布的。

若采用统一的激光喷丸参数进行激光喷丸处理，则难以满足飞机受损件各个位置对残余应力的需求，导致需要高残余压应力的位置残余应力不足(激光喷丸不足)，而对残余应力要求不高的位置残余应力过剩(激光喷丸过剩)。残余应力不足则会降低修复强化效果使得疲劳寿命达不到修复预期。残余应力过剩的区域则会因为过渡喷丸而可能引起表面微缺陷。

避免飞机受损件出现部分区域激光喷丸不足而部分区域激光喷丸过剩，关键在于根据零件各个区域对残余压应力的需求而通过激光喷丸工艺参数灵活调控得到预期的残余应力场。

残余应力调控通过激光喷丸参数的连续变化得以实现。

在激光喷丸试验中，光斑能量调整时较为费时(需要先将激光器停止后再调整输入电压方能实现光斑能量的调整)、冲击次数作为调整参数时，可能会因多次激光喷丸导致试样表面损伤；过大的激光入射角会在冲击面引入残余拉应力和降低残余压应力，可调角度范围较小。

搭接率的调整则仅需要通过机器人预先编写运动点轨迹，属于容易调整且对残余应力影响效果较明显的参数。因此通过改变搭接率来控制目标位置的残余应力大小具有调整方便的优势。根据受损件形状特点和所受载荷情况，获得各个位置对残余应力的需求情况并对该位置的激光喷丸参数进行设计，定量获得预期的残余应力场，对于飞机受损结构件修复技术的完善和提高飞机持续适航性具有重要的理论价值和实践意义。

发明内容

本发明的目的在于为了获取飞机受损件激光喷丸良好修复效果，克服现有均匀工艺参数激光喷丸所带来的残余应力分布不合理、资源浪费等缺陷，提供一种飞机受损件激光喷丸修复过程的残余应力调控方法。

本发明通过对激光喷丸搭接率与残余压应力之间的关系，进行拟合得到数学表达式，实现根据零件预期残余应力场进行搭接率设计，获得受损件激光喷丸光斑路径，实现残余应力的调控。

本发明通过下述技术方案实现：

一种飞机受损件激光喷丸修复过程的残余应力调控方法，包括如下步骤：