鋁合金材料激光沖擊噴丸力學響應有限元建模*

舒波超，李衛東，黃 遐，車志剛

（1.北京航空航天大學機械工程及自動化工程學院,北京 100191；2.中國航空制造技術研究院,北京 100024）

激光沖擊噴丸利用高能脈沖束產生的沖擊力在材料表層引入局部塑性應變，誘導產生有益的殘余壓應力場，在飛機和發動機關鍵部位疲勞增壽等領域具有廣闊的應用前景。激光沖擊噴丸時，激光透過約束層輻照材料表面的吸收層，吸收層迅速氣化形成等離子體，等離子體氣團在約束層限制下產生局部爆炸，形成爆炸沖擊波。當沖擊波壓力大于材料的雨貢紐（Hugoniot）極限時，材料發生屈服從而產生塑性變形，并產生殘余壓應力。研究表明，與無約束層相比作用時間延長2～3 倍，沖擊波壓力提高7 倍左右[1]。

激光沖擊噴丸受到了國內外學者的廣泛關注。早在1961年，國外科學家就已發現激光誘導等離子體沖擊波的現象。Dawson 在1964年提出激光誘導產生的等離子是材料蒸汽的電離結果[2]。在20 世紀70年代，Fairand 等[3]利用高功率激光輻照7075 鋁合金改善了其機械性能，微觀組織得到細化。在20 世紀90年代，美國激光沖擊技術公司（LSPT）利用激光沖擊噴丸強化技術為GE 制造了應用于羅克韋爾B–1 Lancer 轟炸機裝配的F101 發動機風扇葉片生產線[4]，開始從實驗室邁進工業化應用。在國內，Cui 等[5]研究了激光沖擊波驅動納米粒子注入（LSWNI）作為塑性變形中新的表面強化技術，研究發現材料的力學特性、微觀結構等得到大幅改善?？哲姽こ檀髮W與多方合作，組建了國內第一條激光沖擊噴丸強化生產線，緊跟美國成為全球第二個利用該技術實現工業生產的國家?！?br>