光纖傳輸激光噴丸強(qiáng)化的數(shù)值仿真及實驗研究.pdf

1、激光噴丸強(qiáng)化是一種利用激光誘導(dǎo)生產(chǎn)的沖擊波壓力對工件表面進(jìn)行強(qiáng)化的機(jī)械加工技術(shù)，在航空航天、汽車制造、國防裝備等方面都有著廣泛的應(yīng)用前景。為了使激光噴丸強(qiáng)化技術(shù)更有效、靈活、安全地應(yīng)用于工業(yè)加工中，本文嘗試使用光纖作為強(qiáng)激光脈沖的載體，構(gòu)建一種基于光纖傳輸?shù)母吖β始す鈬娡鑿?qiáng)化系統(tǒng)。論文的主要工作和進(jìn)展如下:
　　 根據(jù)激光噴丸強(qiáng)化對激光功率密度的要求(GW/cm2)，分析了用于產(chǎn)生和傳輸高功率激光的光學(xué)器件，如激光器、耦合透鏡、

2、光纖等。通過對比發(fā)現(xiàn)，使用Nd∶YAG脈沖激光器、單透鏡耦合器和大芯徑玻璃包層石英光纖可以更好地滿足激光噴丸強(qiáng)化的要求，并通過在實驗中采用N-ON-1方法檢測了光纖的損傷閾值，確定了激光器的工作能量。
　　 使用光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計軟件Zemax構(gòu)建仿真整體的光纖傳輸激光系統(tǒng)，設(shè)置評價函數(shù)(MeritFunction)優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)，使最終光學(xué)系統(tǒng)的耦合損耗達(dá)到最小，并通過實驗驗證了本系統(tǒng)的可行性。
　　 根據(jù)所設(shè)計激光傳輸系統(tǒng)輸

3、出光斑的特點，選擇使用大面積激光噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)，以ABAQUS軟件為平臺模擬設(shè)計大面積噴丸強(qiáng)化的工藝過程，開展了典型的激光噴丸強(qiáng)化6061-T6鋁合金試樣的實驗，使用X射線衍射儀測試了激光噴丸強(qiáng)化區(qū)域的殘余應(yīng)力分布，實驗驗證所構(gòu)建的基于光纖傳輸激光噴丸系統(tǒng)的加工可行性。
　　 實驗結(jié)果表明，此系統(tǒng)的峰值功率為10MW，傳輸效率為80％，在加工試樣表面得到了最大為-160.55MPa的殘余壓應(yīng)力，為激光噴丸強(qiáng)化在柔性制造中的應(yīng)用