1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Проблемы машиностроения и надежности машин
  4. № 5, 2023

Проблемы машиностроения и надежности машин, 2023, № 5, стр. 85-95

Конечноэлементное моделирование технологии лазерной ударной формовки

Г. Ж. Сахвадзе *

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН
Москва, Россия

* E-mail: sakhvadze@mail.ru

Поступила в редакцию 10.04.2023
После доработки 01.06.2023
Принята к публикации 20.06.2023

Аннотация

Лазерная ударная формовка – это инновационная технология формования, при которой лазерная ударная волна вызывает изгибную деформацию тонкой пластинки. Естественно, технология лазерной ударной формовки не может увеличивать кривизну пластинок бесконечно и ее возможности имеют свой предел, особенно для толстых пластин. В настоящей статье исследуется максимальная выпуклая изгибная кривизна пластинки, которую можно достичь с помощью технологии лазерной ударной формовки путем последовательного увеличения основных ее характеристик: коэффициента перекрытия лазерных пятен, количества повторяющихся лазерных импульсов и интенсивности плотности мощности лазерного излучения. Возникающий при этом изгибающий момент и изгибная кривизна рассчитываются по средним остаточным напряжениям, полученным методом конечных элементов. Предложенный способ прогнозирования кривизны пластинки может эффективно предсказывать изгибное поведение пластины, что позволяет правильно спланировать процесс формования при лазерной ударной формовке.

Ключевые слова: лазерная ударная формовка, метод конечных элементов, остаточные напряжения, изгиб, кривизна пластинки

Список литературы

  1. Peng Y.M., Chen J.P., Yang L. et al. Study on elongation after shot peen forming for integral panel of large aircraft // Aeronautical Manuf. Technol. 2017. № 9. P. 97.

  2. Hu Y., Luo M., Yao Z. Increasing the capability of laser peen forming to bend titanium alloy sheets with laser-assisted local heating // Mater. Des. 2016. № 90. P. 364.

  3. Zhou W.F., Ren X.D., Wang C.C. et al. Residual stress induced convex bending in laser peen formed aluminum alloy // J. Laser Appl. 2018. № 30. V. 1. P. 012001.

  4. Hu Y.X., Yao Z.Q. Fern simulation of residual stresses induced by laser shock with overlapping laser spots // Acta Metall. Sin. 2008. № 21. V. 2. P. 125.

  5. Behera A., Sahu P.S., Patel S.K. Application of Taguchi methodology for optimization of process parameters in laser bending of Al sheet // Mater. Today. 2020. № 26. P. 2323.

  6. Hu Y., Xu X. Yao Z. et al. Laser peen forming induced two way bending of thin sheet metals and its mechanisms // J. AppL Phys. 2010. № 108. V. 7. P. 073117.

  7. Hu Y.X., Han Y.F., Yao Z.Q. et al. Three-dimensional numerical simulation and experimental study of sheet metal bending by laser peen forming // J. Manuf. Sci. Eng. 2010. № 132. V. 6. P. 061001.

  8. Luo M., Hu Y., Hu L. et al. Efficient process planning of laser peen forming for complex shaping with distributed eigenmoment // J. Mater. Process. Technol. 2020. № 279. P. 116588.

  9. Sagisaka Y., Kamiya M., Matsuda M. et al. Thin-sheet-metal bending by laser peen forming with femtosecond laser // J. Mater. Process. Technol. 2010. № 210. V. 15. P. 2304.

  10. Xiao X., Li Y., Sun Y. et al. Prediction of peen forming stress and curvature with dynamic response of compressively prestressed target // J. Mater. Eng. Perform. 2020. № 29. V. 5. P. 3079.

  11. Yang Y., Lu Y. Qiao H. et al. The effect of laser shock processing on mechanical properties of an advanced powder material depending on different ablative coatings and confinement medias // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2021. № 117. V. 7–8. P. 2377.

  12. Sun B., Qiao H., Zhao J. Accurate numerical modeling of residual stress fields induced by laser shock peening // AIP Adv. 2018. № 8. V. 9. P. 095203.

  13. Zhu R., Zhang Y.K., Sun G.F. et al. Numerical simulation of residual stress fields in three-dimensional flattened laser shocking of 2024 Aluminum alloy // Chin. J. Lasers. 2017. № 8. P. 133.

  14. Hu Y.X., Grandhi R.V. Efficient numerical prediction of residual stress and deformation for large-scale laser shock processing using the eigenstrain methodology // Surf. Coat. Technol. 2012. № 206. V. 15. P. 3374.

  15. Hfaiedh N., Peyre P., Song H. et al. Finite element analysis of laser shock peening of 2050-T8 aluminum alloy // Int. J. Fatigue 2015. № 70. P. 480.

  16. Сахвадзе Г.Ж. Конечноэлементное моделирование гибридной аддитивной технологии с использованием лазерно-ударно-волновой обработки // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2023. № 2. С. 94. https://doi.org/10.31857/S0235711923020074

  17. Сахвадзе Г.Ж. Влияние технологии биомиметической лазерно-ударно-волновой обработки алюминиевых сплавов на их трещиностойкость и остаточную усталостную долговечность // Вестник машиностроения. 2022. № 10. С. 58. https://doi.org/10.36652/0042-4633-2022-10-58-65

  18. Сахвадзе Г.Ж. Моделирование технологии лазерно-ударно-волновой обработки с помощью искусственной нейронной сети для определения механических свойств титанового сплава ВТ-6 // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2022. № 2. С. 136. https://doi.org/10.52261/02346206_2022_2_136

  19. Chen D., Cheng Z.Q., Cunningham P.R. et al. Fatigue life prediction of 2524-T3 and 7075-T62 thin-sheet aluminium alloy with an initial impact dent under block spectrum loading // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2021. № 44. V. 4. P. 1096.

  20. Vukeli S., Kysar J.W., Yao Y.L. Crain boundary response of aluminum bicrystal under micro scale laser shock peening // Int. J. Solids Struct. 2013. № 46. V. 18–19. P. 3323.

  21. Mylavarapu P., Bhat C., Perla M.K.R. et al. Identification of critical material thickness for eliminating back reflected shockwaves in laser shock peening – A numerical study // Opt. Laser Technol. 2021. № 142. P. 107217.

  22. Hu Y.X., Yao Z.Q. Overlapping rate effect on laser shock processing of 1045 steel by small spots with Nd:YAG pulsed laser // Surf. Coat. Technol. 2008. № 202. V. 8. P. 1517.

  23. Cao Y.P., Feng A.X., Hua G.R. Influence of interaction parameters on laser shock wave induced dynamic strain on 7050 aluminum alloy surface // J. Appl. Phys. 2014. № 116. V. 15. P. 775.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Проблемы машиностроения и надежности машин

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал