激光喷丸强化铝合金疲劳特性：数字化分析与疲劳寿命预测

激光喷丸强化（Laser Shock Peening, LSP）作为一种非传统抗疲劳制造技术，近年来引起了广泛关注。它利用高能激光脉冲在金属表面产生局部瞬态高温高压环境，从而诱发材料表面的微裂纹闭合并强化，进而提升材料的疲劳强度和耐久性。然而，激光冲击过程涉及到复杂的热力学和力学交互作用，使得实验手段难以全面探究各个参数对强化效果的影响。 目前，研究人员正转向采用数值模拟方法来深化对LSP的理解。本文主要介绍了一种数字化分析策略，该策略以先进的有限元分析软件ABAQUS和MSC.Fatigue为核心工具。通过开发特定的激光冲击波加载模块，解决了在数据处理和模型之间传递信息的接口问题。这种方法能够模拟激光冲击波的传播路径、计算产生的残余应力分布，以及分析其对材料疲劳特性的影响。 以2024-T3航空铝合金为例，研究者对LSP过程中的关键参数进行了细致的数值模拟。他们关注了激光能量、脉冲频率、扫描速度等因素如何影响冲击波的强度，进而如何转化为残余应力，进一步塑造材料的微观结构，从而影响其疲劳寿命。通过这种方式，他们成功地建立了激光冲击波压力与残余应力之间的关系模型，以及这个关系与疲劳寿命之间的数字化分析框架。 这种数字化分析方法不仅提供了对激光喷丸强化过程的深入洞察，还实现了强化效果的可视化评估，这对于优化工艺参数、提高生产效率和确保产品质量具有重要意义。这项工作填补了LSP研究中理论与实践之间的空白，为优化和控制这一高效抗疲劳强化技术提供了有力的数值工具。