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叶片作为航空发动机/燃汽轮机的关键零部件,在高速高压高负载等极端服役工况下,要求具有优异的抗疲劳、抗外物损伤性能和高可靠性。激光冲击强化技术是一种优异的表面强化技术,显著的强化效果得到国内外学者的认可,并成功应用于包括叶片在内的重要零部件的强化处理。为了减小激光冲击强化导致的叶片变形,提高叶片激光冲击强化尺寸精度,需要对叶片的加工工艺进行深入研究,达到控制变形提高叶片综合性能的目的。本文基于ABAQUS有限元仿真平台和实验研究,从激光参数和工艺方法研究叶片模拟件的强化效果和变形,为叶片的加工提供参考依据。1.介绍了ABAQUS有限元仿真平台应用于激光冲击的基本过程,分析了冲击波在薄壁零件内部的传播和塑性应变的过程,研究了脉冲宽度、冲击次数、峰值压力以及光斑的形状和大小对残余应力分布的影响。随着脉冲宽度、冲击次数和峰值压力的增加,所产生的最大残余压应力增大,同一深度下,残余压应力的幅值也增大。相同的冲击参数作用下,面积较大的光斑所产生的最大残余压应力比面积小的大。相同工艺参数下,以圆形光斑(直径2.5mm)、方形光斑(边长2.5mm)和椭圆光斑(短轴2.5mm)进行激光冲击强化,结果表明方形光斑产生的残余压应力最大,椭圆形次之,圆形最小。2.在平顶光斑搭接冲击条件下,分析了使用不同搭接率和冲击次数对残余应力分布的影响。30%搭接情况下,有些区域应力波动比50%搭接率大,而有些区域的应力波动反而比50%小。而当进行多次冲击时,会加大应力的波动,应力分布均匀性更差。3.研究了冲击次数、搭接率、光斑形状和峰值压力对表面粗糙度Ra值的影响。通过采集塑性变形深度计算出不同加工工艺下零件的表面粗糙度,再进行对比分析。当圆形光斑分别用搭接率30%、40%和50%进行冲击时,粗糙度先增加后减小。而用同样的搭接率,不同的光斑形状进行冲击时,方形光斑冲击下的粗糙度要比圆形光斑要大。4.研究了变脉冲宽度和非变脉冲宽度以及不同约束方式对加工变形的影响。变脉冲宽度冲击要比非变脉宽变形量小。底面全约束下,零件几乎不发生宏观变形,两端约束宏观变形很小,悬臂约束状态下零件宏观变形最大。5.钛合金薄壁叶片模拟件激光冲击后残余压应力幅值达368.8MPa,表面粗糙度Ra=0.34μm,材料表面的显微硬度提升26.5%。