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激光喷丸强化诱导的残余应力能够显著改善材料的抗疲劳性能。本文采用ISIGHT软件集成有限元软件ANSYS,采用多岛遗传算法(Multi-Island GeneticAlgorithm),探讨不同激光工艺参数对残余应力及塑性变形的影响,并结合实验对优化后激光喷丸诱导的残余应力场及塑性变形分布进行了初步研究。主要工作如下:
(1)分析了高幅值冲击波压力加载下金属材料的力学响应及其诱导残余应力的机理,探讨了影响残余应力、塑性变形大小和空间分布的主要因素；建立了参数优化的数学模型,并初步探讨了参数优化算法。
(2)以ANSYS软件为平台,建立了高应变率条件下激光喷丸强化过程的有限元分析模型,讨论了建模过程中的关键问题(材料的本构模型、冲击波的时空加载和求解时间的确定),建立了激光喷丸数值模拟的参数化文件；研究了初始激光工艺参数下激光喷丸强化诱导残余应力、塑性变形大小和空间分布,并确定激光工艺参数(参数)与喷丸效果的表征参数(目标参数)。
(3)采用ISIGHT软件,集成ANSYS建立的激光喷丸数值模拟的参数化文件,采用多岛遗传算法,优化激光工艺参数,并获得该参数下的最优值,并探讨了不同激光喷丸强化工艺参数对残余应力场及变形的影响。
(4)以99.9％TU1纯铜材料为研究对象,对板料进行激光喷丸强化试验,用X-衍射应力测定仪测量了激光喷丸区材料表面平均残余应力大小,用VK-9700型超高速3D镭射显微形貌仪测试了喷丸前后材料表面冲击坑的形貌,实验结果与模拟比较,验证激光喷丸强化有限元分析模型的有效性。