我所认识的应力与应变的关系.doc

为实现航空钛合金关键结构的改性去应力修复，在钛合金表面Nd:YAG激光制备了梯度改性修复层，扫描电镜(SEM)观察了微观组织，用能谱分析仪（EDAX）分析了元素成分和含量，测量了抗热震和热疲劳性能。结果表明，修复层微观组织主要为粗大和不完整的树枝晶、相对较细小的等轴和近等轴晶及细小短纤维状形态；随Cr3C2含量增加，树枝晶的数量、大小均呈上升趋势。梯度修复层比传统复合涂层具有更优异的抗热疲劳和热震性能。修复层表面氧化膜均匀致密，主要为连续的短纤维状组织，Ti600基体的氧化膜主要为疏松的金红石结构的颗粒状TiO2晶粒，以多面体规则形状堆垛，且晶粒粗大。

氙灯抽运将导致钕玻璃内产生不均匀温升，这是产生应力退偏的根本原因。热致应力退偏效应将直接降低系统效率、影响光束质量，因此确定片内的温度分布以及应力分布，准确预测由此带来的光束退偏特性并合理设计光束填充因子是十分重要的。介绍了我国第一台单束输出能力超过万焦耳的惯性约束聚变激光驱动器中大口径高通量验证实验平台片状放大器的热致退偏效应，通过理论模拟计算获得了钕玻璃片内三维温升分布、应力分布与由此导致的退偏分布特性，结果表明，片状放大器在5.28%/cm平均小信号增益系数输出的情况下整个光束口径内的应力双折射是很小的，但方光束的四个角部处的应力双折射较严重，最大的退偏量约为0.13％，该结果与劳伦斯·利弗莫尔实验室实验测得的结果基本一致。输出的激光近场结果表明，片状放大器热致退偏效应可满足大能量装置输出设计要求。

为研究激光喷丸镍基合金残余应力的高温松弛行为，首先对IN718 合金进行单次激光喷丸强化，随后，对喷丸后试样进行高温保持，对比分析了不同保温温度和不同保温时间下残余应力值、半峰宽值(FWHM)变化及晶粒演变特征。结果表明，激光喷丸后，喷丸区域呈残余压应力状态，FWHM 值升高，近表层材料晶粒明显细化；高温保持过程中试样的残余应力松弛量与保温温度和保温时间呈正相关。应力松弛速率在保温初期较大，随后逐渐减小。保温温度为800 ℃，保温时间为300 min 时，残余应力松弛量最大，松弛幅度达82.14%。保温温度一定时，材料表面FWHM 值下降幅度随保温时间的增大而增大，600 ℃保温温度下，FWHM 值变化不明显。600 ℃保温300 min 后材料的晶粒尺寸仍较小，晶粒细化效应仍然显著，而800 ℃保温下晶粒长大迅速，保温300 min后材料的晶粒细化效应基本消失。

为了测量毫秒脉冲激光辐照非透明材料的在线应力及应力应变演化的过程，基于光学干涉理论，针对大功率固体激光器与材料的相互作用，采用马赫-曾德尔干涉的方法，得到了材料损伤的干涉条纹。通过对干涉条纹变化的分析与处理，可以得到材料在线应力及其演化过程。基于光学干涉理论，选择单晶硅作为实验材料，建立comsol仿真模型，并在理论及仿真的基础上开展实验。实验与仿真的r(x)方向误差在11.7%~33.91%之间，z(y，z)方向误差在20.25%~31.34%之间，说明用马赫-曾德尔干涉的方法测量非透明材料的应力具有可行性。实验研究为激光与非透明材料作用过程中在线应力损伤及演变过程研究提供了一个新的方法。

激光冲击后在其金属表面形成一定形式的残余压应力,可对材料表面进行改性处理。采用ABAQUS有限元软件,研究激光功率密度、光斑形状对板料表层残余应力场分布的影响,探索残余应力场机制。结果表明,提高激光功率密度可以增加板料表层残余应力场,但随功率密度增大会产生“残余应力洞”现象;激光冲击后材料位移和表面应力动态响应分析表明,材料表面受冲击与材料弹性力作用产生振荡过程,冲击光斑边缘产生反射波(稀疏波)的反向加载,引起反向塑性变形,形成“残余应力洞”现象;光斑形状影响稀疏波向中心汇聚,造成中心残余压应力不同的缺失。该研究为工艺参数优化,减少冲击中心残余应力缺乏,获得更好的激光冲击处理强化效果提供依据。

在广泛调研相关文献的基础上，基于热弹性理论，计算了熔石英在DF激光辐照下的温升曲线和热应力场分布曲线，分析了熔石英的激光破坏机理。研究结果表明，激光辐照下的熔石英的温度场分布和应力场分布与辐照激光的光场分布、激光功率密度以及激光的辐照时间等因素有关。

利用CO2激光器对汽车用高强钢板作了大量的热应力成形试验，并对材料进行了相关的微观组织分析。在深入研究试件弯曲角变化规律的基础上，对激光热应力成形的工艺参数进行了合理优化，即在激光功率为1.5 kW、扫描次数为6次、扫描速度为1.2 m/min以及激光光斑直径为3.5 mm、面能量在20~45 J/mm2范围之间变化时热应力成形效果最好，提出了避免工件表面出现烧蚀现象的条件。试验结果表明，在试验参数的有效范围内激光扫描次数、扫描速度和材料宽度对试件弯曲角的影响趋于正比关系；光斑直径在较大或较小时呈现类线性关系；激光功率的影响呈明显的非线性特点，但在较小的情况下与弯曲角接近线性关系；接近材料表面

激光喷丸强化技术是一种新型的材料表面改性技术相比于传统喷丸强化技术,具有明显的优势。采用试验与有限元分析相结合的方法，探讨了在一定冲击顺序下，多点激光喷丸强化处理后紧固孔周围残余应力的分布情况。结果表明，通过多个直径为2.6 mm光斑的组合能形成一个直径近似为6 mm的较大圆形冲击区域，可用来替代大直径光斑进行冲击强化。在多点激光喷丸强化过程中，由于多个光斑叠加，导致冲击区域的表面残余压应力幅值由第一点冲击后的134 MPa增加到冲击结束后的254 MPa，冲击区域变形深度也逐渐增大到26.6 μm。在冲击区域钻孔后，紧固孔孔口边缘处的最大残余压应力值明显减小。模拟值与实验值吻合较好。

采用模拟与实验相结合的方式研究激光透射焊接件拉伸过程中的应力分布和拉伸件的失效行为。以PA66激光透射焊接件为研究对象，建立了焊后拉伸数值模拟模型，模拟得到了焊接件的拉伸载荷-位移曲线和拉伸变形情况，并与拉伸实验进行对比和验证；对拉伸过程中焊接件的剪切应力和Von Mises应力分布进行分析，从剪切和拉伸失效方面探究拉伸件的失效行为。拉伸实验验证了拉伸数值模拟模型能较好地预测焊接件的拉伸变形情况；数值模拟得到最大剪切应力发生在焊接界面上长方形焊接区域的4个角点附近，即剪切失效的起始位置，且由于最大剪切应力远小于PA66的剪切强度，拉伸件发生剪切失效的可能性较小。预测的焊接件拉伸失效形式及失效位