激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)是通過(guò)高能量等離子體沖擊波作用在金屬靶材表面,誘導(dǎo)靶材表面發(fā)生超高應(yīng)變率的塑性變形,從而得到強(qiáng)化后的靶材材料,該技術(shù)具有綠色、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。目前,銅合金應(yīng)用范圍很廣,但原材料的性能很難滿足現(xiàn)代社會(huì)產(chǎn)品生產(chǎn)及應(yīng)用所提出的要求,所以需要對(duì)銅合金進(jìn)行再次加工,提高其實(shí)際應(yīng)用能力。本文利用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合的方法研究了激光沖擊強(qiáng)化黃銅樣品的強(qiáng)化過(guò)程和強(qiáng)化機(jī)理,探究激光沖擊強(qiáng)化提高黃銅樣品的耐腐蝕性和力學(xué)性能,并分析其中的原因。首先,介紹激光誘導(dǎo)等離子體沖擊波的產(chǎn)生、傳播和作用效果,針對(duì)激光沖擊強(qiáng)化建立理論模型,為數(shù)值模擬提供理論基礎(chǔ)。同時(shí),利用ANSYS有限元分析平臺(tái)建立單點(diǎn)激光沖擊強(qiáng)化的仿真模型,完成前處理模塊各項(xiàng)的設(shè)定。其次,搭建激光沖擊強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果相結(jié)合探究激光強(qiáng)化的塑性變形過(guò)程,分析激光能量對(duì)強(qiáng)化效果的影響規(guī)律。激光沖擊強(qiáng)化對(duì)黃銅表面力學(xué)性能有了一定的提高,并在黃銅表面產(chǎn)生了一層強(qiáng)化層。然后,進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化黃銅的空蝕性能研究,通過(guò)空蝕累積質(zhì)量損失、輪廓曲線和表面形貌來(lái)表征黃銅的抗空蝕性能。激光沖擊強(qiáng)化產(chǎn)生的強(qiáng)化層可以有效緩解空蝕裂紋的擴(kuò)... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

銅合金材料加工成的閥零部件Figure1-1Copperalloymaterialprocessingvalveparts

碩士學(xué)位論文6料殘余應(yīng)力分布以及應(yīng)變深度的變化規(guī)律。從微觀強(qiáng)化過(guò)程反映宏觀現(xiàn)象，并從結(jié)果來(lái)分析激光沖擊強(qiáng)化機(jī)理。（3）搭建激光沖擊強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和空蝕實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。利用光學(xué)器件設(shè)計(jì)并搭建激光外光路，設(shè)計(jì)專用夾具保證加工的穩(wěn)定性，實(shí)行激光的良好參數(shù)（脈沖能量、激光搭接），實(shí)現(xiàn)大面積陣列強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的制備，比較不同能量參數(shù)下的強(qiáng)化程度，并分析其規(guī)律。將強(qiáng)化后的靶材進(jìn)行空蝕實(shí)驗(yàn)，記錄不同的空蝕時(shí)間下靶材質(zhì)量，并通過(guò)測(cè)量材料表面的形貌、質(zhì)量損失和輪廓等來(lái)表征材料的抗空蝕性能。（4）研究在不同能量參數(shù)下激光沖擊強(qiáng)化對(duì)黃銅電化學(xué)腐蝕和力學(xué)性能的影響。通過(guò)電化學(xué)試驗(yàn)站、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)和拉伸實(shí)驗(yàn)來(lái)表征激光沖擊強(qiáng)化對(duì)黃銅性能的影響，以此來(lái)研究靶材自身性能提高與激光沖擊強(qiáng)化能量之間的關(guān)聯(lián)。圖1-2技術(shù)路線Figure1-2Technicalroute1.6本章小結(jié)（Summary）本章節(jié)介紹了選題的意義，詳細(xì)總結(jié)了激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，概述了空蝕現(xiàn)象的形成和抗空蝕材料的研究與應(yīng)用，并指出了目前激光沖擊強(qiáng)化和抗空蝕材料研究中存在的問(wèn)題，從而制定了本文的研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線，體現(xiàn)出激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)強(qiáng)化靶材表面的可行性。

碩士學(xué)位論文8產(chǎn)生等離子體。由于高能量密度激光沖擊作用的時(shí)間較短，作用區(qū)域的表面溫度急速升高，產(chǎn)生的等離子體又發(fā)生爆炸并以沖擊波的形式四處擴(kuò)散。由于約束層的限制，往約束層傳遞的沖擊波會(huì)被反射傳遞向靶材，為沖擊強(qiáng)化塑性變形提供更多的沖擊力。圖2-1等離子體沖擊波產(chǎn)生示意圖Figure2-1Schematicofplasmashockwavegeneration由于沖擊波是等離子體爆炸形成的，從而激光能量在空間和時(shí)間上的分布對(duì)等離子體的形成具有一定的影響，并且對(duì)靶材表面塑性變形產(chǎn)生影響。根據(jù)Zhang和Yao的研究成果可知，激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體沖擊波在空間上符合高斯分布的規(guī)則，隨著距光斑中心的距離增加，該處的激光能量密度逐漸減弱，并且提出了等離子體沖擊波在光斑上的空間分布的公式[74]：,exp22rPrtPt2R（2-1）其中，()為時(shí)刻等離子沖擊波的沖擊壓力，為激光沖擊強(qiáng)化中激光光斑的半徑，為該位置與激光光斑中心的距離。此外，與沒(méi)有約束層相比較，該模型的約束層對(duì)等離子體傳播起到了保壓以及增壓的作用，因此強(qiáng)化過(guò)程中等離子體沖擊波有效作用時(shí)間為激光脈寬的3倍左右，并且沖擊波能量也是非線性的隨時(shí)間變化[75]。在理想的情況下，激光沖擊波向材料內(nèi)部作用是以彈性波和塑性波兩種形式，其中彈性波基本不起作用，一般不做考慮。起作用的沖擊波強(qiáng)度比材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度大時(shí)，材料會(huì)發(fā)生表面改性的強(qiáng)化。雖然塑性波的傳遞速率可達(dá)光速級(jí)，但是傳遞過(guò)程中的塑性沖擊波呈指數(shù)式衰減。前面的分析可以得知沖擊波在約束層的幫助下有效作用的時(shí)間大約是激光脈寬的3倍，故如圖2-2所示為數(shù)值模擬仿真過(guò)程中激光沖擊強(qiáng)化沖擊壓力的加載曲線。其中，是激光脈寬，激光沖擊

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本文編號(hào)：3526228