Laser áfall: Nýsköpun yfirborðsstyrkingartækni frá rannsóknarstofu til iðnaðarsvæði
Laser Shock Peening Technology, nýstárlegt ferli sem kallast „Efnisstyrking Revolution“, er hljóðlega að móta háa - endaframleiðslulandslagið. Frá fyrstu sýn á að breyta smíði álfelgur á bandarísku rannsóknarstofunni í iðnaðarvenjur Boeing 777 blaðvinnslu; Frá fæðingu fyrstu samfellds púlsframleiðslulínu í Kína til byltingarkenndra styrkingarkerfisins, notar það tafarlaust springa af háu - spennuplasma til að móta andstæðingur - þreytu „hlífðarhlífar“ á málmflötinni.
Þegar nanósekúndu leysigeislinn rekst á málminn er gufu og uppgufun orkuupptöku lagsins eins og örsprenging, sem gefur tilefni til öfgafulls - háþrýstings höggbylgjur og fléttar þétt net af leifar þjöppunarálagi inni í efninu. Val á þvingunarlaginu er eins og að sníða - endanleg áhrif glers og iðnaðaraðlögunar vatnsrennslis, sveigjanleiki svart málningu en erfitt að fjarlægja og þægindin við álpappír verður fyrsti kosturinn. Á sviði tölulegrar uppgerðar eru samofin af skýrum og óbeinum reikniritum og nýsköpun innra álagslíkansins að gera hagræðingu frá „prufu og villu“ yfir í „nákvæma útreikning“.
Þetta er ekki aðeins þróun tækni, heldur einnig yfirlýsing um framleiðsluiðnaðinn til að „ögra takmörkunum“: hvernig þolir „hjarta“ flugvélarvélar tugþúsundir áhrifa? Hvernig þolir kjarnaofns suðu á áratugum þrýstings? Getur líffræðileg ígræðsla fundið jafnvægi milli hörku og niðurbrots? Peening leysir áfall notar kraft ljóseindir til að skrifa svör við þessum erfiðu vandamálum.
Laser áfallshreyfingartækni, einnig þekkt sem Laser Shot Peening, er ný, áhrifarík og ört þróandi yfirborðsbreytingartækni. Í samanburði við hefðbundna vélrænni skotpeen tækni getur það myndað dýpri afgangsþjöppunarlag á yfirborði vinnustykkisins og hefur sterka stjórnunarhæfni og góða aðlögunarhæfni og ræður við erfitt - til - höndlað hluta. Sem stendur hefur þessi tækni verið mikið notuð í þreytu - ónæmri framleiðslu eins og flugvélarvélar, gíra og kjarnorkuvirkjunarþrýstings suðu. Með frekari lækkun á verði á leysirbúnaði verður leysir áfallsaðferðartækni notuð meira.
Laser áfallshreyfingartækni er mikið notuð í verkfræði.
Árið 1972 notuðu Bandaríkin há - máttur leysir - framkölluðu höggbylgjur til að meðhöndla hátt - styrkleiks álfelgur í fyrsta skipti og kom í ljós að yfirborðsmíkringur þess breyttist og togstyrkur jókst um meira en 30%, sem opnaði forleikinn fyrir laser höggrannsóknum. Seint á níunda áratugnum hafa lönd og svæði eins og Evrópa, Japan og Ísraelar framkvæmt rannsóknir á laser áfalla.
Árið 1995 var fyrsta Laser Shock Processing Technology Company í heiminum stofnað í Bandaríkjunum. Árið 1997 notuðu General Motors leysir áfallsvinnslutækni til að vinna úr aðdáendablöðum flugvéla og bæta umburðarlyndi þeirra til erlendra hlutaskaða. Árið 2001 framkvæmdi American Laser Shock Processing Technology Company Laser Shock Peening á meira en 800 vélar af Rolls - Royce. Árið 2004 var fyrirtækið í samvinnu við rannsóknarstofu bandaríska flughersins um að framkvæma leysir sem skothríð við peening viðgerðir á skemmdum vélum títan álfelgum á F/A - 22, og þreytustyrkur þess var tvöfaldaður. Á sama ári kynntu Bandaríkin opinberlega á leysir áfallsvinnslu og tækninni var beitt við blaðvinnslu Boeing 777. Árið 2002 notaði Toshiba Corporation í Japan litlum leysir til að vinna suðu eins og kjarnorkuviðbragðsskip og pípu liðir til að bæta þreytutíma hlutanna.
Erlendir fræðimenn hafa einnig notað leysir áfallsvinnslutækni til að styrkja lífeindafræðilega málma og málmblöndur, bæta hörku, skila styrk og þreytu endingu varanlegra ígræðslna og draga úr niðurbrotshraða niðurbrjótanlegra ígræðslna eins og kalsíums - magnesíumblöndur.
Innlendar rannsóknir á laser áfallsvinnslutækni hófust á tíunda áratugnum og beindust aðallega að röð tilrauna rannsókna og tengdar fræðilegum umræðum um ál málmblöndur og stál. Síðan 1992 hefur Nanjing University of Aeronautics and Astronautics unnið með vísinda- og tækniháskólanum í Kína til að framkvæma rannsóknir á styrkingu á laser áfalli og þreytuþolarframleiðslu á burðarhlutum í flugi. Árið 1995 var fyrsta leysir áfallstyrkjabúnaðinn fyrir stakan leysiráfallstilraun í Kína þróaður við vísinda- og tækniháskólann í Kína. Árið 2008 þróaði Air Force Engineering University, í tengslum við Xi'an Optoelectronic Technology Development Co., Ltd. og Peking Leibao Optoelectronic Technology Co., Ltd., með góðum árangri fyrstu samfellda púls leysir áfallsframleiðslu framleiðslulínu. Árið 2011 var fyrsta mengi landsins af samþættri blöð leysir áfallstyrkja búnað þróað með góðum árangri við Shenyang Institute of Automation, kínverska vísindaakademíuna, og afhent til Shenyang Liming Engine Co., Ltd. til notkunar.
Verkunarháttur og hafa áhrif á þætti laser áfalls
When a laser beam with a power density greater than 10⁹W/cm² and a pulse width of nanoseconds irradiates the metal surface, the energy absorption layer absorbs the laser energy and undergoes explosive vaporization and evaporation, generating a high-temperature (>10⁷K) and high-pressure (>1GPA) Plasma lag. Laser lost peening notar sterka áfallsbylgjuna sem breiðist út í efnið af völdum höggálags sem beitt er af háu - þrýstiplasma laginu á markið.
Þvingaða lagefnin sem nú eru notuð eru aðallega K9 sjóngler, lífrænt gler og vatnsrennslislag. Glerefnið þvingaða lag hefur sem best áhrif, en hefur lélega aðlögunarhæfni og mun brotna, sem er aðeins hentugur fyrir stakan leysir áfallsmeðferð. Almennt er vatnsrennslislagið notað sem þvingaða lagið í leysir áfallsprófum og iðnaðarnotkun. Það hefur kosti sterkrar notkunar, litlum tilkostnaði, auðveldum rekstri og engin þörf fyrir skipti. Að undanskildum litlum fjölda leysir áfallsmeðferðarferla sem nota ekki orkusporsog, þurfa flestir þeirra orkuupptöku. Algengt er að nota orkuupptöku lög eru aðallega efni með lágum gufuhita eins og svörtum málningu, álpappír og svörtu borði. Svartur málning hefur góða notagildi og er hægt að nota til að meðhöndla laser áfallsmeðferð á grópum, litlum götum osfrv., En það er ekki auðvelt að fjarlægja eftir að áfallinu er lokið, svo álpappír og svartur borði eru almennt notaðir sem orkusporlagalög.
Það eru margir þættir sem hafa áhrif á áhrif leysislosunar, aðallega efnislegra eiginleika, þvingunarlag, frásogsgleði, leysir áfallsbreytur o.s.frv. Ef leysirþéttleiki er óbreyttur, því lengur sem leysir púls breidd, því lengur sem leysiráfallsbylgjan virkar á efnið og því betri áhrif á losunarárásina. Hins vegar, ef leysipúlsbreiddin er of stór, er mjög auðvelt að valda yfirborðsbruna efnisins sem hefur áhrif á. Aðeins með því að velja hæfilegt þvingunarlag, frásogslaga orku og leysir áfallsbreytur í samræmi við efniseiginleika er hægt að ná betri styrkandi áhrifum.
Töluleg uppgerð af leysir áföllum sem eru tölulegar uppgerðir hjálpar til við að fá ákjósanlegar ferli breytur fyrir tiltekin forrit og hefur smám saman orðið mikilvæg leið til að rannsaka laser áfall. Innlendir og erlendir fræðimenn hafa gert miklar rannsóknir á líkanagerð og hagræðingu á laser áföllum. Sem stendur hefur iðnaðurinn náð miklum framförum í skýrri kraftmiklum greiningu + óbeina truflanir greiningar á leysir áfallspeening tölulegri uppgerðaraðferð og leysir áfall sem peening töluleg uppgerð aðferð byggð á eðlislægum álagi.
Þegar hátt - þrýstiplasma lag hefur áhrif á markefnið, gengur efnið á höggsvæðinu í mikilli álagshraða plast aflögun og burðarvirkni breytist mjög hratt, sem er mjög ólínulegt hátt - hraða öflugt vandamál. Ef óbeinn endanlegt frumefni reiknirit er notað til að leysa þessa tegund vandamála þarf það ekki aðeins mikið magn af útreikningi og geymslu, heldur á einnig í erfiðleikum með samleitni útreikninga. Nauðsynlegt er að nota skýrar endanlegar greiningaraðferð til að leysa streitubylgjuna sem myndast með plasmaáhrifum. Sérstaklega er alhliða notkun skýrra og óbeina endanlegra greiningaraðferða til að framkvæma tölulega eftirlíkingu af kraftmiklu svörunarferli efnisins undir verkun höggbylgjunnar til þess að fá nákvæmar niðurstöður forspár um álagssvið.
Þegar stakur - punktur leysir áfallsspennuútreikningur og Superposition aðferð eru notuð til að líkja eftir multi - punktinum skarast leysiráfall á stóru svæði, er heildarmagn útreikningsins oft mikið og það tekur mikinn tíma að fá leifar streitu svæðisins á sýni. Að auki, vegna mikils áhrifa á rúmfræði vinnustykkisins á afgangsreitinn, er erfitt að líkja nákvæmlega eftir álagsreitnum Multi - Point skarast leysir áfallsherðingu raunverulegra íhluta með flóknum bogadregnum flötum með því að nota streitu Superposition aðferðina.
Til þess að leysa þessi tvö vandamál á áhrifaríkan hátt hafa sumir vísindamenn komið á framfæri tölulegu líkani sem byggist á eðlislægum álagi til að líkja eftir álagsreiti leysir áfallsherðingar. Þetta líkan gerir ráð fyrir að eðlislæga stofninn sem myndast af leysiráfalli á yfirborði íhlutarinnar sé ónæmur fyrir rúmfræði íhluta. Eftirlíkingarferlið beinist aðeins að plaststofni af völdum leysiráfalls. Stofnreit stórs - svæðisins Multi - punkta leysir áfall íhlutarinnar er fengið með ofurliði eðlislægs álags og hitauppstreymi er notað til að fá endanlegan afgangsreit og aflögun plasts.
Undanfarin ár hafa viðeigandi fræðimenn heima og erlendis notað þetta líkan til tölulegra eftirlíkingar af afgangsreitum af styrkingu á leysir áföllum á mismunandi flóknum íhlutum. Reiknivirkni þessa eðlislæga álagslíkans er bætt til muna samanborið við hefðbundna líkanið og staðfest líkanið getur í raun sagt fyrir um álagsreitinn sem af völdum leysiráfalls.
