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1、安徽工业大学毕业设计（论文）说明书安徽工业大学毕业设计(论文)任务书课题名称激光冲击对小孔疲劳寿命的影响学 院 机械工程学院专业班级姓 名学 号毕业设计（论文）的主要内容:1、根据课题进行调研、收集国内外文献资料，其中外文资料至少3篇以上，书写开题报告。 2、利用ABAQUS有限元分析软件建立一个1010mm的正方形模型，并对模型赋予材料属性。3、再利用ABAQUS有限元分析软件对建立的模型进行激光冲击，设置好波型和峰值压力。4、再利用ABAQUS有限元分析软件对所建的模型进行动态分析，根据结果得出X-Y表。5、再利用ABAQUS有限元分析软件对所建的模型进行残余应力分析，根据结果得出X-Y表
2、。6、课题折合0号图1张图纸；除至少有1张手工绘图外，其余图纸皆为CAD绘图。7、设计说明书需打印输出，并遵守相应规范，参考文献中除设计手册和工具书外，至少含有5篇以上中文论文文献和3篇以上外文文献。 8、英文翻译5000单词以上论文一篇，300字中英文摘要。 指导教师签字： IV摘 要激光冲击已经多次被证实在诸多领域都有许多应用和巨大的益处，例如增强金属表面的属性，改变材料表面的疲劳寿命，穿孔等等。激光冲击诱导的应力波是材料改性的能量源。激光诱导产生的冲击波是由等离子体所产生的。等离子体以一定的形式向外膨胀，由于等离子体和后续激光的作用的结果使得等离子体逆着激光发展方向,可以称这种以一定速度
3、离开靶面向着激光器方向运动的等离子体为激光支持的吸收波。本论文是通过对激光参数、金属模板（本文中金属模板材料取定为纯铝）的取定，利用ABAQUS有限元分析软件来模拟制定参数冲击在金属模板上产生的冲击波的波型、强度随时间频率变化的关系等来对激光诱导产生的冲击波进行数值上的模拟。在激光冲击结束后，再利用ABAQUS对材料内部的残余应力场分布进行模拟。由得到的云图和X-Y表格可以看出，500ns后的激光冲击波在材料内部的传播逐渐趋于稳定。最后形成的残余应力场显示材料表面的残余应力并不是最大的，沿着激光冲击方向的残余应力先增大至最大值再逐渐衰减直至稳定。关键词：激光冲击；冲击波；数值模拟；残余应力场A
4、bstractMany applications and enormous benefits from laser Peening have been demonstrated in a lot of fields like enhance the properties of the metal surface，changing the surface fatigue life，Perforation and so on. Stress wave induced by laser peening is material modification of the energy source. Sh
5、ock wave induced by laser is generated by plasma. The plasma expands outward in a certain form, as the role of the plasma and the subsequent results of the laser makes laser plasma against the direction of development, we can name this a certain speed to leave the target facing the direction of moti
6、on of the plasma laser supported absorption wavelength of the laser.This thesis schedule to take the laser parameters and metal templates(Take the metal template material herein as aluminum.), using ABAQUS finite element analysis software to simulate the impact of formulation parameters on the shock
7、 wave generated on the metal template wave type ,the relationship of the frequency and intensity changes with time to the laser-induced shockwave for numerical simulations. After the laser shock, use ABAQUS to simulate the residual stress field in the material.From the resulting imagery and X-Y tabl
8、e can be seen, Laser shock wave propagation in the material gradually stabilized after 500ns.Finally the residual stress field display residual stress is not the largest on the surface. Along the direction of laser shock residual stress first increases to a maximum and then gradually decreases until
9、 stable.KEYWORDS: Laser Peening，Shockwave，Numerical Simulation，Residual stress field中文摘要I英文摘要II目录第一章 绪论- 1 -1.1 激光技术的背景和发展- 1 -1.1.1 激光技术的背景- 1 -1.1.2 激光的应用- 1 -1.1.3 激光冲击处理的机理- 3 -1.1.4 激光冲击技术的发展- 4 -1.1.5 激光冲击波的研究- 7 -1.2 数值模拟技术- 8 -1.2.1 数值模拟技术概述- 8 -1.2.2 数值模拟技术的背景和发展- 9 -第二章 激光冲击波的传播及其动态模拟- 11
10、-2.1 激光冲击波概述- 11 -2.2 激光冲击波的力学效应- 12 -2.3 一维应变的本构模型- 14 -2.4 激光冲击波在材料中的传播- 16 -2.5 有限元法概述- 18 -2.6 有限元法的背景和发展- 19 -2.7 ABAQUS有限元分析软件简介- 20 -2.8 激光冲击铝板有限元模型的建立- 20 -2.8.1 模型建立- 20 -2.8.2 设置分析步- 21 -2.8.3 应力的加载和边界条件的约束- 21 -2.8.4 网格的划分- 23 -2.8.5 动态模拟- 24 -2.9 本章小结- 27 -第三章 激光诱导的残余应力及其分析- 29 -3.1 材料残余
11、应力场的形成- 29 -3.2 残余应力场的发展历程- 30 -3.3 残余应力的估算- 30 -3.4 稳定残余应力场- 33 -3.5 本章小结- 34 -第四章 总结与展望- 35 -4.1总结- 35 -4.2 展望- 35 -参考文献- 37 -致谢- 39 -安徽工业大学毕业设计（论文）说明书第一章 绪论激光冲击，就是利用高功率密度、短脉冲激光束辐射金属表面。由于激光束与材料相互作用，产生强应力波。当应力波峰压大于材料的动态屈服强度时，金属材料的性能将会发生改变。激光冲击能够改善金属材料的强度，耐磨性和耐腐蚀性等等，特别是能有效地提高金属材料的疲劳寿命。激光冲击还可以应用于核聚变研
12、究、激光武器研究、材料的改性研究、冲击相变研究以及提高疏松材料密度等等1。由此可见，激光冲击具有十分广泛的应用前景。激光冲击诱导的应力波是改变材料性质的能量源。因此对应力波的动态测量十分重要，它不仅为预选激光冲击参数提供依据，而且给激光冲击技术的无损评价创造条件。激光冲击诱导应力波的原理：激光和金属表面进行相互作用，一部分激光被反射，一部分激光透入金属。激光冲击以后，金属表面温度从室温陡升至气化温度，气化速度超过声速2。从而进一步诱发向金属内传播的冲击波。由于约束层的作用，金属蒸汽被限制在金属表面，金属气体继续吸收激光辐射能量，发生爆炸，体积急剧膨胀，甚至产生由激光能量支持的等离子体，形成向金
13、属内部传播的应力波。1.1 激光技术的背景和发展1.1.1 激光技术的背景激光是20世纪人类的重大科技发明之一，它对人类的生活产生了广泛而深刻的影响。激光的发展史应该追溯到1917年，爱因斯坦提出光的受激辐射的概念，预见到受激辐射光放大器诞生，也就是激光产生的可能性。20世纪50年代美国科学家TOWNES以及前苏联科学家PROKHOROV等人分别发明了一种低噪声微波放大器，即一种在微波波段的受激辐射放大器（Microwave amplification by stimulated emission of radiation），并以英文的第一字母缩写为Maser。1958年美国科学家TOWNES
14、和SCHAWLOW提出在一定的条件下，可将这种微波受激辐射放大器的原理推广到光波波段，制成受激辐射光放大器（Light amplification stimulated emission of radiation,缩写为Laser）。1960年7月美国的MAIMAN宣布制成第一台红宝石激光器（Ruby Laser）。1961年我国科学家邓锡铭、王之江制成我国第一台红宝石激光器，在1961年11期科学通报上发表了相关论文，称其为“光学量子放大器”。其后在我国科学家钱学森的建议，统一翻译成激光或者激光器3 。图1.1简单介绍了激光从发现到现在的发展历程。由一开始的红宝石激光器到现在的飞秒激光器等等
15、先进的激光器3。1.1.2 激光的应用这期间激光的理论与应用研究有了极大的发展，它作为高科技的研究成果，不仅广泛应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生产和生活的诸多反面都得到了大量的应用，与激光相关的产业已在全球形成了超过千亿美元的年产值。激光技术在短短几十年内就推广应用到现代工业、农业、医学、通信、国防和科学技术的各个方面。激光是光的受激辐射，因而它是一种极好的光源，它首先在测量领域得到了广泛的应用。激光用来测、测距、测速、侧角、测量各种可以转换光的物理量，发展出一门新的专门的学科-激光测量学，还使得光学测量方法走出实验室成为工程测量的常规手段。激光用于加工，始于激光打孔，很快就推广到切割、焊接、热处理、表面改性与强化，乃至激光快速成型、激光清洗和激光微加工，已经成为了高科技产业不可缺少的加工方法。激光医学近30年来的发展和推广，给人类带来了福祉。而激光在信息产业中的大量应用更是信息时代到来的主要原动力之一。可以毫不夸张的说，现代社会的方方面面已经与激光的应用密不可分4。随着科学技术的发展，对机械零部件的
