Численный анализ остаточных напряжений при двухстороннем симметричном лазерном ударном упрочнении тонких пластин из титанового сплава ВТ6 - Бартоломей, Мария Леонидовна; Изюмова, Анастасия Юрьевна; Гачегова, Елена Алексеевна; Вшивков, Алексей Николаевич; Плехов, Олег Анатольевич; Swaroop , Sathya (Вычислительная механика сплошных сред, 2025)
Технология лазерного ударного упрочнения позволяет создать на глубину более 1 мм остаточные напряжения первого рода (по Давиденкову) в приповерхностной зоне изделий, изготовленных из металлов и сплавов. Широкие экспериментальные исследования показывают, что лазерное ударное упрочнение существенно улучшает их механические свойства, повышает усталостный ресурс, защищает от коррозии. Однако при применении данной технологии к изделиям достаточно малой толщины (например, кромкам турбинных лопаток, лезвиям режущих инструментов) необходимо подбирать такие параметры лазерного импульсного воздействия, которые не вызовут формоизменения. В данной статье представлен подход к численному моделированию процесса формирования полей остаточных напряжений в результате лазерного ударного упрочнения при уменьшении толщины изделий с 3 до 0.35 мм с варьированием величины и последовательности приложения лазерного импульса. Для моделирования распространения упругопластических волн использовалось определяющее соотношение Джонсона-Кука. Далее осуществлялся статический расчет распределения остаточных напряжений с учетом созданных полей пластических деформаций. Полученные поля остаточных напряжений сравнивались между собой при разных условиях воздействия на изделие: с одной стороны; при последовательной обработке с двух сторон; при двухсторонней симметричной обработке. Проведенный анализ рассчитанных полей напряжений показал, что для образования поля сжимающих остаточных напряжений в приповерхностной зоне изделий, толщина которых менее 1 мм, эффективно применение двухстороннего симметричного воздействия. При таком упрочнении удается избежать выгибания изделий и формирования полей растягивающих напряжений. Выявлено, что увеличение интенсивности энергии лазерного удара позволяет, с одной стороны, повысить (по модулю) величину минимального главного остаточного напряжения (сжимающего) в зоне обработки, а с другой стороны, увеличить максимальное главное остаточное напряжение (растягивающее, уравновешивающее) на удалении от зоны воздействия.