北京航空航天大学学报

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师鹏, 李保军, 赵育善

2007, 33(07): 757-760.

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摘要:
基于线性动力学模型,研究了有限推力下的航天器绕飞轨道保持与控制问题.首先,针对绕飞轨道控制问题推导了精确的动力学模型,给出了经过线性化的动力学方程.然后,在线性二次性最优控制理论的基础上,设计了一种针对绕飞轨道的反馈控制系统,同时为了实现有限推力,设计了一个有界的非线性环节对控制加速度进行限制.数值仿真结果证明了所设计的控制系统渐进稳定、收敛快速,并且具有良好的控制精度.最后,通过计算不同相对位置误差时轨道控制系统需用的发动机工作时间,估算了轨道维持与轨道控制的燃料消耗量.

柔性卫星大角度机动的自适应模糊变结构控制

陈宇, 董朝阳, 王青, 张明廉

2007, 33(07): 761-764.

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针对柔性卫星大角度机动过程中多种模态的强耦合非线性动力学控制问题,提出了一种自适应模糊变结构姿态控制方法.首先利用拉格朗日方程建立了带柔性附件卫星的动力学模型,然后设计变结构控制器使得系统状态能在有限时间内到达滑模面,并采用自适应模糊系统逼近系统所存在的耦合非线性项.为了削弱变结构控制项所带来的抖动,避免激发柔性附件的高频模态,采用边界层方法来代替开关项,并通过模糊规则表的方法确定边界层的厚度.仿真结果表明,所提出的控制方法既实现了柔性卫星高精度姿态控制,也保证了卫星大角度机动过程中柔性附件弹性模态的有效抑制,系统对各种干扰具有一定的鲁棒性.

基于SimMechanics的飞行员操作仿真

王睿, 庄达民

2007, 33(07): 765-768.

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利用中国男性飞行员人体尺寸和中国成年人人体测量数据,建立飞行员上肢的刚体模型.参考GJB飞机座舱布局和HB飞行品质规范要求,运用Matlab运动仿真模块SimMechannics对飞行员推杆和拉杆操作进行动力学仿真.在给定末端运动规律和负荷水平时,通过仿真可获得上肢各关节力矩,根据舒适性准则可求解上肢的三维舒适操作域.仿真结果表明负荷水平相同时推、拉杆操纵的舒适域并不相同,舒适操作范围大小与操作特征相关,在进行飞行员的工效分析和座舱的优化布局时必须根据操作特征具体分析.

遗传算法在质量矩导弹姿态控制中的应用

秦莉, 杨明, 郭庆

2007, 33(07): 769-772.

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研究了三轴稳定控制系统的姿态控制问题.建立了内部带有3个可移动滑块的数学模型.利用RBF(Radial Basis Function)网络的快速自学习以及自适应特性,将其作为控制器不断调整滑块的位置.同时利用遗传算法(GA)的全局、并行寻优及增强式学习能力对神经网络控制器的权系进行优化.通过对滑块位置的协调控制,改变导弹的飞行姿态.最后讨论了滑块运动特性对系统性能产生的影响并对系统稳定性进行了分析.仿真结果表明该控制律能在保证系统稳定的情况下有效地实现导弹的姿态调整,并且提高了系统的动态响应品质.

脉冲射流强化圆柱喷流混合的三维数值模拟

李家军, 额日其太

2007, 33(07): 773-776.

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对利用脉冲射流强化圆柱喷流混合的流场进行了数值模拟,这项工作将高频高强度信号射流射入亚音剪切层以强化喷流混合.利用有限体积法和重整化群(RNG)k-ε湍流模型求解N-S方程.分别进行了低亚音马赫数及高亚音马赫数喷流直接排入空气的数值模拟.主要计算3个状态:未受激励的状态,斯德鲁哈尔数St分别为0.2和0.4时的状态.数值模拟结果显示,脉冲激励引起喷流在与激励源平行的平面迅速扩展,在与之垂直的平面收缩,当脉冲射流激励的St在0.2附近时,相关的混合较好,而且少量的射流流量可以极大地增加速度的衰减率.

第二代小波包构造及发动机微弱损伤识别

姜洪开, 王仲生

2007, 33(07): 777-780.

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针对航空发动机滚动轴承微弱损伤识别问题,设计了一种识别滚动轴承早期损伤的第二代小波包方法.构造了第二代小波包分解重构算法和第二代小波包算子计算方法;将滚动轴承振动信号进行第二代小波包分解,然后各个频带分解信号分别进行重构;利用希尔伯特变换解调分析各频带信号,得到对应频带信号的包络谱;计算各个频带中滚动轴承故障特征频率对应包络谱幅值的分贝值,提取各频带中故障特征频率对应分贝值的最大值,对滚动轴承早期损伤情况做出定量识别.仿真信号和试验信号分析表明,该识别方法结果可靠,能准确识别出滚动轴承早期损伤.

大展弦比柔性机翼气动特性分析

马铁林, 马东立, 张华

2007, 33(07): 781-784.

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长航时无人机在飞行过程中受气动载荷影响,其大展弦比机翼产生弯曲和扭转变形,这种弹性变形严重影响飞机的飞行性能和飞行安全,不能将此种飞机机翼当作传统的刚性机翼进行气动分析.针对一真实复合材料大展弦比前掠机翼,采用气动/结构一体化的分析方法,利用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT和计算结构动力学(CSD)软件NASTRAN联合求解,研究了在不同载荷情况下大展弦比柔性机翼静气动弹性变形对机翼气动特性的影响.结果表明,大展弦比无人机机翼受载变形后升阻比降低,滚转力矩和偏航力矩显著增大,对飞机的纵向和横侧向气动性能产生不利影响,同时也证明此CFD/CSD耦合计算方法可以应用到柔性机翼的气动/结构一体化设计中.

飞机表面绕射射线的寻迹方法

王冰切, 苏东林, 张晓雷

2007, 33(07): 785-788.

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研究一种电子对抗特种飞机表面绕射射线的寻迹新方法.对飞机进行快速三维几何建模和表面网格剖分,并根据需要对几何模型的剖面和结点加密,生成飞机表面网格数据;选定寻迹区域,对飞机表面网格结点进行管理,根据费马原理,采用改进的动态规划方法,在飞机表面网格上快速、准确地实现任意源点和绕射接收点间的短程线计算;在此基础上,采用递归方法实现可视化的几何绕射理论(GTD)、一致性几何绕射理论(UTD)绕射射线离散寻迹.绕射射线离散寻迹为数值方法求解机身表面任意两点间的天线隔离度提供了条件.

脉冲爆震火箭发动机收敛扩张喷管数值模拟

李强, 范玮, 严传俊

2007, 33(07): 789-792.

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摘要:
排气喷管是脉冲爆震火箭发动机(PDRE)的重要部件,对提高发动机的推进性能起着重要的作用.应用特征线法给出一维CJ爆震波在理想爆震管内传播过程的解析解.对爆震波到达爆震管口后,发动机的非定常排气过程进行了二维轴对称数值模拟.数值模拟结果形象地反应了非定常流场的演变,详细讨论了激波和涡等的发展变化过程.所选用的收敛扩张喷管能够提高发动机性能达到18.24％.

桨根柔性无铰旋翼桨叶气弹稳定性建模分析

石庆华, 向锦武

2007, 33(07): 793-797.

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建立了任意剖面无铰旋翼桨叶气弹稳定性分析模型,分析了复合材料柔性梁对无铰旋翼桨叶气弹稳定性的影响.将旋翼桨叶简化为二维截面特性线性分析和一维梁非线性分析,二维特性分析考虑了面内和面外翘曲,一维分析采用中等变形梁理论,考虑了剪切变形和与扭转相关的翘曲.采用准定常气动力,运用有限元理论,得出了无铰旋翼桨叶稳定性分析的有限元列式.研究了柔性梁不同铺层方式对气动弹性稳定性的影响.算例表明复合材料柔性梁铺层角对旋翼桨叶气动弹性稳定性影响明显,充分地利用这些影响变化规律,能够设计出更为先进的复合材料悬翼桨叶.

一种用于目标跟踪的UT-BLUE滤波方法

王炜, 戴明强, 张志华

2007, 33(07): 798-802.

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雷达机动目标跟踪问题中,通常目标运动模型可精确地在直角坐标系下建模,但大多数情形下模型是非线性的,同时在传感器坐标系下所获得目标量测又是直接可用的.通过将无迹变换与最优线性无偏滤波器有机结合,提出一种新的BLUE(Best Linear Unbiased Estimator) 滤波算法,以便解决上述非线性跟踪问题.首先,该算法利用无迹变换对经由直角坐标系下非线性目标运动模型得到的目标状态及其协方差作出预测,然后在保持传感器坐标系(极坐标系)下所固有的量测误差的同时,直接对它们作出状态估计.在算法推导及Monte-Carlo仿真过程中,将新的BLUE滤波算法和EKF(Extended Kalman Filter)、UKF(Unscented Kalman Filter)滤波算法进行比较,结果表明新算法的有效性和适用性.

环扫SAR的快速聚焦成像算法

孙兵, 周荫清, 李天池, 郭彩虹

2007, 33(07): 803-806.

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针对环扫合成孔径雷达的成像方法进行研究,分析了环扫合成孔径雷达的工作原理以及信号模型,并提出一种基于频谱分析的聚焦成像算法,该算法较好地校正了批处理数据内的距离徙动,适合对环扫SAR(Synthetic Aperture Radar)进行高精度成像处理.给出了块数据快速聚焦算法的流程图以及简单的推导过程,并在此基础上给出了环扫SAR成像处理的完整流程.较之经典多普勒波束锐化DBS(Doppler Beam Sharpening)非聚焦算法,这种聚焦算法计算量略大,但成像精度高;较之ECS(Extended Chirp Scaling)算法,虽然补偿精度稍低,但计算量大大降低.因此这种算法能够很好地用于环扫SAR高分辨率快速成像.计算机仿真结果验证本文算法的有效性.

智能GPS软件接收机载波跟踪环路设计

唐斌, 喻夏琼, 董绪荣, 赵新曙

2007, 33(07): 807-810.

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传统的GPS接收机设计较为固定,用户不能改变接收机各类参数以适应不同导航信号处理的需要.而软件接收机只需做较小改动就可以适应不同信号,能够迅速分析、仿真、实现各类算法.在GPS软件接收机的基础上,利用鉴频器辅助鉴相器的输出,引入一个模糊逻辑控制器,使得环路能够智能跟踪GPS信号的动态变化.实验结果证明所提出的设计方法与传统环路相比可大幅度缩短跟踪时间,减小环路滤波器带宽,并能消除周跳.

两轴稳定平台的过顶盲区问题

董小萌, 张平

2007, 33(07): 811-815.

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过顶盲区问题是目标在导弹的小离轴角附近区域运动时,由于框架角速率限制产生的稳定平台不能正常跟踪目标机动的一种现象.根据光电探测系统成像的几何关系,分别对直角坐标框架和极坐标框架稳定平台的目标成像关系进行了分析,进而给出极坐标框架稳定平台的过顶盲区的数学描述,并对这种盲区的成因进行了分析.结合三种情况的目标机动速度,在Matlab的Simulink环境下对极坐标框架稳定平台的过顶盲区现象进行了仿真.最后,基于分区域变参数的PID控制方法,给出了目标在过顶盲区内作垂直向上机动时的一种控制方案,并与普通PID控制进行了对比仿真研究.实际仿真结果表明,通过数学分析得到的极坐标框架稳定平台的过顶盲区模型与实际情况相符合,并且基于分区域变参数的PID控制方法能够改善极坐标框架稳定平台的跟踪特性.

输入滞后和状态滞后系统的鲁棒H_∞控制

夏红伟, 凌明祥, 温奇咏, 王常虹

2007, 33(07): 816-820.

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摘要:
针对一类具有状态滞后、输出滞后和凸多面体不确定性的连续时间系统,研究了时滞依赖型鲁棒H_∞控制器的设计问题.通过引入两个附加的松弛矩阵使Lyapunov矩阵和系统矩阵得到分离,得到一个新的鲁棒H_∞性能判据,并基于该判据设计了系统的鲁棒H_∞状态反馈控制器.设计的状态反馈控制器不但保证闭环系统的二次稳定性,同时使系统的H_∞范数小于一个给定的衰减水平.并且设计了一个迭代算法得到问题的次最优解.指出了一种可以在现有的研究成果的基础上得到新的具有更低保守性的性能准则的有效途径.最后通过一个数值算例验证了所提出算法的可行性和优越性.

低树代价的低轨卫星网络组播算法

程连贞, 张军, 刘凯

2007, 33(07): 821-825.

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为了解决低轨卫星网络中现有典型源组播算法的信道资源浪费问题,提出了一套单核共享树组播算法,即核心群合并共享树(CCST)和加权核心群合并共享树(w-CCST)算法.CCST算法包括动态近似中心(DAC)选核方法和核心群合并组播路径构建方法.在核心群合并方法中,以核节点作为初始核心群,通过核心群和剩余组成员的最短路径方法逐步扩展直至整棵组播树构建完成,从而大大提高了网络带宽利用率.在w-CCST算法中,通过调整加权因子可以适度增大树代价、降低端到端传播时延,以支持某些时延性能要求严格的实时业务.仿真结果说明,CCST算法的树代价性能比其它算法有显著改善,w-CCST算法的端到端传播时延性能好于CCST算法.

飞机蒙皮拉伸成形加载轨迹设计及优化

张彦敏, 周贤宾

2007, 33(07): 826-829.

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摘要:
加载轨迹是决定飞机蒙皮拉伸成形质量的关键因素.首先对双曲度单凸蒙皮变形最大截面采用应变控制方法,通过解析分析公式推导设计拉形加载轨迹范围;然后将各加载参数转化为拉形设备中夹钳和工作台运动参数,并作为设计变量;最后采用最优化理论与算法和有限元数值模拟相结合的方法,以减小卸载回弹提高贴模度为研究目标,以单元最大主应变和厚度减薄率为约束条件建立最优化数学模型,采用序列二次规划的优化方法确定最合理的拉形加载轨迹;对优化结果进行实验验证,实验结果和优化结果相吻合.分析表明加载轨迹优化后,成形零件的贴模度、应变分布与厚度的均匀程度均有明显提高.

复杂薄壁零件板多级充液成形及过程数值模拟

李涛, 郎利辉, 安冬洋, 王玲

2007, 33(07): 830-833.

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摘要:
板充液成形已被证明是制造复杂零件一种有效的方法.采用板多级充液成形方法对难成形复杂薄壁结构的飞行器零件进行了研究,利用有限元数值模拟的方法,分析了预成形凸模形状、预成形深度,以及液室压力等关键工艺参数对成形的影响.对成形中出现的诸如破裂、起皱等失效形式进行了探讨,给出了终成形时实现成功成形的最高液室压力区域范围.提出了控制成形质量的措施,优化了工艺参数,并根据数值模拟的结果进行了试验验证.结果表明,模拟结果和试验结果达到了较好的一致.

双柔性杆多次撞击力分析

田阿利, 尹晓春

2007, 33(07): 834-837.

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摘要:
柔性构件的多次弹性撞击现象在工程中普遍存在,其中撞击力的求解一直是关键问题.利用瞬态波函数特征值展开法,给出多次撞击过程和分离过程的杆中瞬态波传播的理论解,提出计算双柔性杆多次撞击力的瞬态波效应法,该方法避免求解具有未知奇异载荷项的强非线性方程.实现了对多次撞击问题的精确的数值分析,研究了初始撞击速度对撞击力和撞击发生时间的影响,表明瞬态波效应法可以计算多次撞击力时间历程.初始撞击速度越大,撞击力幅值越大,而且撞击力的峰值在前三次撞击过程中是逐次增加的,后趋于稳定,并可以研究"次撞击"现象.为进一步研究复杂柔性结构系统多次撞击问题以及重复撞击引起的长期系统动力学行为提供了可借鉴的有效研究方法.

基于变胞原理的一种探测车机构设计与分析

张克涛, 方跃法, 房海蓉

2007, 33(07): 838-841.

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摘要:
提出了一种具有特殊结构的六杆球面变胞机构,并对该机构进行了构态变化分析,给出了在不同构态时机构的邻接矩阵.依据机构在不同构态时的特殊性质,将该球面变胞机构应用于变结构腿轮式探测车车身的设计.通过车身机构的自我重构以及腿式和轮式结构的变换,使这种探测车能更好地适应星球等复杂环境的探测.对此新型变结构机器人的结构进行了详细的描述,并对机构的自由度进行了分析,同时给出了探测车的典型变形构态.

基于设计特征模型的加工特征映射技术

于芳芳, 郑国磊, 任文杰, 杜宝瑞

2007, 33(07): 842-845.

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摘要:
为了实现数控编程过程中能够自动确定加工区域,对基于特征设计系统构建产品模型的方法、产品信息模型、信息模型间的关联关系、飞机结构件加工特征定义分类、设计特征与加工特征间的内在关系进行了深入的研究,提出了基于设计特征模型映射加工特征的方法.该方法通过遍历特征设计树,判断特征间的关系,查询特征组成面信息,从而构建出特征属性邻接图,进而采用基于图匹配的特征识别方法得到加工特征,并提取加工特征信息.该方法压缩了图匹配空间,大大提高了特征识别的速度,应用此方法实现了飞机壁板类零件的特征识别.

激光快速熔凝Al₂O₃/YAG共晶陶瓷的制备与组织

苏海军, 张军, 刘林, 傅恒志

2007, 33(07): 846-850.

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摘要:
采用激光快速熔凝技术制备Al₂O₃/YAG共晶自生复合陶瓷, 研究Al₂O₃/YAG共晶陶瓷在高能激光束作用下,不同扫描速率(0.01~2.0mm/s)、超高温度梯度下的凝固组织特征及其生长机制,探索激光熔凝过程控制参数与凝固组织的关系.研究结果表明:激光熔凝Al₂O₃/YAG共晶陶瓷由无规则连续分布的Al₂O₃相和YAG相两相组成,没有晶界和其他相,Al₂O₃相的体积分数为(45.0±2.0)%,两相耦合生长,交错分布,是典型的快速凝固层片状非规则共晶组织;共晶层间距细密, 并随激光扫描速度的增大而减小,扫描速度为0.02mm/s 时,共晶间距约为1~2μm,扫描速度为2.0mm/s时,共晶间距仅为0.5μm左右;综合热分析表明,Al₂O₃/YAG共晶熔点为2096K,与相图吻合.

复合材料的冲击吸能与动态黏弹特性

贺成红, 张佐光, 李玉彬, 孙志杰

2007, 33(07): 851-855.

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摘要:
考察了玻璃纤维、炭纤维、芳纶和UHMWPE纤维复合材料(分别称为GFRP,CFRP,AFRP和DFRP)层板的低速冲击吸能,并采用高载动态热机械分析仪EPLEXOR500分析了其纤维复丝的动态黏弹性的载荷敏感性.结果表明:冲击吸能明显受纤维性能及层板破坏模式的影响,呈韧性破坏的AFRP和DFRP的冲击吸能明显高于呈脆性破坏的GFRP和CFRP.在动态热机械分析中,静载增大使得储能模量升高但损耗角正切减小,动载增大时正好相反,且在这些影响中有机纤维复丝动态黏弹性较无机纤维复丝表现出更显著的载荷敏感性和非线性.4种层板的吸能大小与其纤维复丝储能模量载荷敏感性的强弱以及损耗角正切大小的顺序相同:DFRP>AFRP>GFRP>CFRP,反映出材料宏观冲击性能与表征其微观结构特征的黏弹性能的相关性.

溶胶-水热法合成PZT纳米粉体及性能研究

林海波, 刘海涛, 王富耻, 曹茂盛

2007, 33(07): 856-859.

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摘要:
结合溶胶-凝胶和水热法的优点,采用改进的溶胶-水热复合法在较低温下制备出纯相PZT纳米粉体,并对粉体的烧结性能进行了研究,分别讨论了烧结温度、保温时间等工艺参数对烧结陶瓷密度、微观结构和压电性能的影响.270℃保温热处理2h可合成出粒径约为20~30nm,具有良好分散性的钙钛矿型PZT纳米粉体,且具有良好的烧结活性.在1150℃烧结保温2h,压电性能达到最优(机电耦合系数: 0.50,机械品质因数: 410,压电常数: 220pC/N,介电常数: 1060).结果表明,溶胶水热复合法具有合成温度低、组分易于控制、粉体烧结活性高的优点.

复合泡沫塑料力学行为模拟的ANN方法

邹波, 卢子兴

2007, 33(07): 860-864.

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摘要:
对人工神经网络(ANN)方法在复合泡沫塑料力学行为模拟中的应用进行了研究.首先,选取影响材料力学行为的因素和所需模拟、预测的力学性能作为输入、输出量;然后,利用反向传播算法建立了四层神经网络模型,对复合泡沫塑料的力学性能和本构关系进行了模拟和预测.数值结果表明,训练后的神经网络模型能较好地模拟、预测材料的模量、屈服强度和不同应变率及不同温度下的压缩应力-应变曲线.此外,3种不同改进训练方法的比较说明,Bayesian规则化法的泛化能力最好,LM法收敛最快,而自适应梯度下降动量法则需要较长的迭代时间才能达到相同的精度.

钛合金表面低氧压熔结Al-Si涂层及抗氧化能力

周伟, 赵宇光

2007, 33(07): 865-868.

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摘要:
采用低氧压高温快速熔结技术在Ti-6Al-4V合金表面成功地制备出抗高温氧化的Al-Si熔结涂层.与Si改性渗涂层相比,这种工艺相对简单,不需要经过长时间的扩散就能形成足够厚度的Al-Si熔结涂层,省时节能,且涂层中抗氧化元素铝、硅的浓度可通过调整粉末的混合比例来进行控制.X射线检测表明涂层主要由Ti₅Si₃和TiAl₃组成.在923K空气中52h循环氧化试验结果表明:低氧压熔结Al-Si涂层在前10h的氧化过程中氧化增重较快,而在随后的氧化过程中氧化增重较为缓慢,而Si改性渗涂层在氧化过程中一直保持着较高的氧化速率.

激光处理对Ti6Al4V焊缝表面应力状况的影响

鲁金忠, 张永康, 钱小明, 任旭东

2007, 33(07): 869-872.

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摘要:
激光冲击强化是利用高功率密度(GW/cm²)、短脉冲(ns量级)激光束辐射金属时产生高强度冲击波在金属材料或零件表层形成数百兆帕的残余应力,从而改善金属材料性能的一项新技术.利用Nd:glass重复率激光和机械喷丸分别对Ti6Al4V钛合金电子束焊缝进行了冲击强化处理,研究了激光冲击处理和激光冲击+机械喷丸两种不同处理工艺对电子束焊缝残余应力的影响.试验结果表明,两种处理方式都明显改善Ti6Al4V钛合金电子束焊缝的残余压应力,尤其激光冲击＋机械喷丸工艺表面残余应力改变明显, 而且在次表面层残余应力随着深度的增加而增大, 最大残余应力出现在距表面20~30μm左右.