بهینه‌سازی توزیع تنش و تغییر شکل سطح آلیاژ Ti-6Al-4V در فرایند شوک‌دهی سطحی لیزری به روش المان محدود و تحلیل آماری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی مالک اشتر،مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت

چکیده

فرایند شوک‌دهی سطحی لیزری، پدیده‌ای پیچیده از اندرکنش پارامترهای گسترده در بازه زمانی نانوثانیه برای ایجاد تنش پسماند در سطح می‌باشد. در این تحقیق به بررسی توزیع تنش پسماند و تغییر شکل سطح ماده پس از فرایند شوک‌دهی سطحی لیزری، با استفاده از مدل المان محدود و تحلیل آماری پرداخته شده است. به منظور شبیه‌سازی فرایند، از حل صریح دینامیکی المان محدود آباکوس به همراه مدل ماده جانسون کوک برای تحلیل غیر خطی رفتار آلیاژ Ti-6Al-4V استفاده شده و نتایج با داده‌‌های تجربی مقالات مقایسه شد. از طراحی آزمایش برای بررسی حالت‌های مختلف فرایند با کمک شبیه‌سازی و تجزیه و تحلیل اثر پارامترها بر توزیع تنش پسماند و تغییر شکل سطح استفاده شده است. پارامترهای مذکورعبارتند از اندازه لکه لیزر، میزان همپوشانی نقطه اثر لیزر، چگالی توان لیزر، تعداد پاس‌های لیزر و عرض پالس لیزر. برای بدست آوردن رابطه میان پارامترها و خروجی‌های فرایند که میزان تنش پسماند و تغییر شکل سطح است، از رگرسیون خطی استفاده شد. برای بهینه‌سازی و بدست آوردن نتایج دقیق‌تر، روش بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. با تعریف متغیر ترکیبی برای پارامترهای مؤثر لیزر و اعمال الگوریتم ژنتیک، خطی سازی با دقت بالای 93 درصد برای پیش‌بینی تغییر شکل سطح و دقت بالای 94 درصد برای پیش‌بینی میزان تنش‌ پسماند حاصل شد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که میزان تنش پسماند فشاری و همچنین میزان تغییر شکل سطح با افزایش توان، عرض پالس، میزان همپوشانی و تعداد تکرار افزایش یافتند. و در مقابل با افزایش قطر لکه، از مقادیر آن‌ها کاسته شد.

کلیدواژه‌ها

مراجع

  1. Y. Hao, Z. Jibin, and W. Tianran, Research on a different method to reach the saturate limit of titanium aluminide alloy surface mechanical and fatigue properties by laser shock process, Optik (Stuttg)., 193(2019).
  2. G. Lohmann, K. Erfurth, R. Turner, Analysis of Microstructural Evolution Properties Based on Laser Shock Peening, Optik (Stuttg)., 179, (2018) 361-366.
  3. S. Amini, M. Dadkhah, R. Teimouri, Study on laser shock penning of Incoloy 800 super alloy, Optik (Stuttg)., 140(2017) 308-316, 2017.
  4. H Qiao, B Sun, J Zhao, Y Lu, Z Cao, Numerical modeling of residual stress field for linear polarized laser oblique shock peening, Optik (Stuttg)., 186(2019) 52-62.
  5. Y. X. Hu and Z. Q. Yao, Fem simulation of residual stresses induced by laser shock with overlapping laser spots, Acta Metall. Sin. (English Lett(, 21(2008) 125-132, 2008.
  6. H. R. Karbalaian, A. Yousefi-Koma, M. Karimpour, and S. S. Mohtasebi, Investigation on the Effect of Overlapping Laser Pulses in Laser Shock Peening with Finite Element Method, Procedia Mater. Sci., 11(2015) 454-458.
  7. N. Hfaiedh, P. Peyre, H. Song, I. Popa, V. Ji, and V. Vignal, Finite element analysis of laser shock peening of 2050-T8 aluminum alloy, Int. J. Fatigue, 70(2015) 480-489.
  8. W. Zhou, X. Ren, Y. Yang, Z. Tong, and E. Asuako Larson, Finite element analysis of laser shock peening induced near-surface deformation in engineering metals, Opt. Laser Technol., 119(2019).
  9. K. Ding and L. Ye, Simulation of multiple laser shock peening of a 35CD4 steel alloy, J. Mater. Process. Technol., 178(2006) 162-169.
  10. F. Dai, J. Zhou, J. Lu, and X. Luo, A technique to decrease surface roughness in overlapping laser shock peening, Appl. Surf. Sci., 370(2016)501-507.
  11. J. Wu, J. Zhao, H. Qiao, Y. Zhang, X. Hu, and Y. Yu, Evaluating methods for quality of laser shock processing, Optik (Stuttg)., 200, (2020).
  12. J. Wu, X. Liu, J. Zhao, H. Qiao, Y. Zhang, and H. Zhang, The online monitoring method research of laser shock processing based on plasma acoustic wave signal energy, Optik (Stuttg)., 183(2019) 1151-1159.
  13. G. Ranjith Kumar, G. Rajyalakshmi, and S. Swaroop, A critical appraisal of laser peening and its impact on hydrogen embrittlement of titanium alloys, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 233, (2019) 2371-2398.
  14. Y. Hu, R. Yang, D. Wang, and Z. Yao, Geometry distortion and residual stress of alternate double-sided laser peening of thin section component, J. Mater. Process. Technol., 251(2018) 197-204.
  15. A. W. Warren, Y. B. Guo, and S. C. Chen, Massive parallel laser shock peening: Simulation, analysis, and validation, Int. J. Fatigue, 30(2008) 188-197.
  16. K. K. Liu and M. R. Hill, The effects of laser peening and shot peening on fretting fatigue in Ti-6Al-4V coupons, Tribol. Int., vol. 42(2009) 1250-1262.
  17. S. Zabeen, M. Preuss, and P. J. Withers, Evolution of a laser shock peened residual stress field locally with foreign object damage and subsequent fatigue crack growth, Acta Mater., 83(2015) 216-226.
  18. A. Salimianrizi, E. Foroozmehr, M. Badrossamay, and H. Farrokhpour, Effect of laser shock peening on surface properties and residual stress of Al6061-T6, Opt. Lasers Eng., 77(2016) 112-117.
  19. D. Framil Carpeño, T. Ohmura, L. Zhang, M. Dickinson, C. Seal, and M. Hyland, Softening and compressive twinning in nanosecond ultraviolet pulsed laser-treated Ti-6Al-4V, Scr. Mater., 113(2016) 139-144.
  20. C. Cellard, D. Retraint, M. François, E. Rouhaud, and D. Le Saunier, Laser shock peening of Ti-17 titanium alloy: Influence of process parameters, Mater. Sci. Eng. A, 532(2012).
  21. Y. W. Fang, Y. H. Li, W. F. He, and P. Y. Li, Effects of laser shock processing with different parameters and ways on residual stresses fields of a TC4 alloy blade Mater. Sci. Eng. A, 559(2013).
  22. K. Y. Luo, J. Z. Lu, Q. W. Wang, M. Luo, H. Qi, and J. Z. Zhou, Residual stress distribution of Ti-6Al-4V alloy under different ns-LSP processing parameters, Appl. Surf. Sci., 285( 2013).
  23. G. R. Johnson and W. H. Cook, A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures. The 7th International Symposium on Ballistics, Proceedings of the 7th International Symposium on Ballistics, vol. 547(1983)541-547.
  24. M. Di Sciuva, C. Frola, and S. Salvano, Low and high velocity impact on Inconel 718 casting plates: Ballistic limit and numerical correlation, Int. J. Impact Eng., 28(2003) 849-876.
  25. A. S. Khan, Y. S. Suh, and R. Kazmi, Quasi-static and dynamic loading responses and constitutive modeling of titanium alloys, Int. J. Plast., 20(2004) 2233-2248.
  26. F. J. Zerilli and R. W. Armstrong, Dislocation mechanics based constitutive equation incorporating dynamic recovery and applied to thermomechanical shear instability,
    (2008)215–218.
  27. R. K. G and R. G, FE simulation for stress distribution and surface deformation in Ti-6Al-4V induced by interaction of multi scale laser shock peening parameters, Optik (Stuttg)., 206 (2020).
نشریه علوم و مهندسی سطح
دوره 17، شماره 50
اسفند 1400
صفحه 1-16

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار