采用有限元分析方法对激光冲击2024铝合金圆杆圆周曲面诱导的动态应力波及其残余应力进行了数值模拟。首先, 在ABAQUS/Explicit显式分析模块中模拟了峰值压力为2 GPa激光冲击波在φ16 mm杆中诱导的应力波的传播过程。随后, 在ABAQUS/Standard隐式分析模块中进一步计算在圆杆曲面上诱导的残余应力。在此基础上, 分析了圆杆直径的大小对应力波峰值衰减和残余应力分布的影响, 并进行了相关的试验验证。研究结果表明, 峰值压力为2 GPa冲击波在φ16 mm的杆中诱导的弹塑性的应力波, 应力波的峰值压力在400 ns时间内迅速衰减至250 MPa。冲击后, 在距光斑中心小于0.5 mm冲击区域内分布不均匀残余应力, 在光斑中心处形成了残余拉应力, 轴向S11值为42 MPa; 在半径为0.5~1.5 mm 的冲击区域分布着残余压应力, S11值大约在250 MPa。应力波在传播过程中, 其压力峰值衰减的速率随着杆径的增大而减慢, 表面形成的残余压应力均随杆径的增大而增加。

为研究强激光直接辐照靶材诱导残余应力的分布特性,利用Nd∶YAG型激光器对7075铝合金试样在无吸收层和有吸收层的条件下分别进行了激光辐照试验,并对试验结果进行了对比。结果表明,激光直接辐照后的试样表面产生了重熔层和激光烧蚀斑点,试样表面分布的最大残余拉应力(TRS)为116.2 MPa,试样深度方向分布的残余应力为“拉应力-压应力(CRS)-拉应力”,且深度方向最大残余压应力为153.6 MPa,显微硬度在深度方向的最大值为174.5 HV。有吸收层时,吸收层激光辐照处存在近似光斑大小的圆形烧蚀区域,去除吸收层后试样表面存在光滑的凹坑;试样表面分布的最大残余压应力为264.7 MPa,试样深度方向分布的残余应力为“压应力-拉应力”,深度方向的最大残余压应力为258.3 MPa,显微硬度在深度方向的最大值为193.6 HV。