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基于有限元模拟的激光喷丸钛合金工艺参数优化——田口灰关联法诱导增强残余压应力

DOI：10.1142/S0219686720500183 期刊：Journal of Advanced Manufacturing Systems 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 激光冲击强化（LSP）被证明是针对先进材料最有效的表面工程技术，能诱导产生有益的深层残余压应力，从而提升材料的力学性能、疲劳特性及表面抗损伤能力。但采用X射线衍射法分析处理试样中残余应力的非均匀分布既耗时又昂贵。该问题可通过与实际实验过程相兼容的LSP有限元数值模拟模型解决——该模型允许用户调控激光参数以实现所有可控参数的最优水平。本研究旨在分析并优化激光工艺参数的影响，在实现最小化表面变形的同时诱导残余压应力?；贘ohnson-Cook粘弹性塑性材料行为定律建立了Ti6Al4V材料LSP仿真模型，采用高斯压力分布对目标区域进行均匀加载。通过L27正交阵列结合田口-灰色关联分析法（TGRA）处理LSP仿真数据，并基于多响应指标进行结果分析。研究发现：激光冲击次数和压力脉冲持续时间的增加会导致表面变形加剧；而激光光斑直径、光斑重叠率及激光功率密度的提高会使最大残余压应力降低。有限元仿真结果与已发表文献具有相关性，最终获得了优化钛合金LSP效果的最佳工艺参数组合。
作者： G. Ranjith Kumar，G. Rajyalakshmi
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用有限元模拟和田口灰色关联分析法，分析与优化激光加工参数对Ti6Al4V合金在最小表面变形下诱导残余压应力的影响。

研究成果

该研究成功建立了Ti6Al4V合金激光冲击强化模拟的有限元模型，并通过与实验结果的对比验证了其有效性。田口-灰色关联分析法确定了诱导压应力且表面变形最小的最优工艺参数组合，其中激光冲击次数为影响最大的参数，其次依次为激光峰值压力、光斑直径、压力脉冲持续时间和光斑重叠率。

研究不足

该研究仅限于对Ti6Al4V合金激光冲击强化（LSP）的模拟，未考虑材料特性和激光参数在实际应用中可能存在的所有变化。验证工作基于与已发表结果的对比关联，这些结果可能并未涵盖LSP工艺的所有方面。

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