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基于有限元分析与粒子群算法的激光冲击强化过程中残余应力与成本多目标优化

DOI：10.1007/s40516-019-00102-1 期刊：Lasers in Manufacturing and Materials Processing 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 激光冲击强化（LSP）是一种通过金属零件表面产生残余压应力来提升其疲劳寿命的有效工艺。影响表面残余压应力的主要参数包括激光功率、光束尺寸与形状、冲击间距及扫描模式。这些参数的变化会改变残余应力的大小、深度及LSP成本。本文提出了一种LSP工艺优化的集成仿真方法，在ABAQUS有限元环境中采用Python编程的粒子群优化（PSO）技术，针对Inconel 718高温合金试样实现残余压应力均匀性最大化与LSP成本最小化。选取上述影响参数作为优化变量，并以残余压应力的最小可接受值及深度作为两个主要设计约束条件。将仿真结果与既有实验数据进行对比验证，最终针对特定设计约束确定了最优LSP工艺参数组合。研究表明：采用方形扫描模式的小尺寸圆形激光光束，能在最低LSP成本下产生最均匀的残余压应力场。
作者： Sa’id Golabi，Mohammad Reza Vakil，Behzad Amirsalari
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过产生压应力（RS）来优化金属零件表面强化的激光冲击喷丸（LSP）工艺以提高疲劳寿命，重点是在Inconel 718超合金试样上实现压应力的最大均匀性并降低LSP成本。

研究成果

该研究成功提出了一种激光冲击强化（LSP）工艺的模拟与优化方法，通过采用相对较小的圆形激光束和方形扫描路径，在最小化LSP成本的同时实现了最均匀的残余压应力分布。优化过程与ABAQUS PDE环境中的有限元模拟有效结合，为确定最佳LSP参数提供了直接且精确的方法。

研究不足

该研究仅限于对Inconel 718超级合金试样进行激光冲击强化（LSP）工艺的模拟。实验验证基于先前发表的数据，优化过程受限于可接受的最小压应力值及其深度要求。

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