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。

基于ABAQUS有限元分析软件, 研究了2024-T351铝合金薄板在聚氨酯橡胶支撑下的激光冲击成形过程, 分析了橡胶垫块的厚度、直径、硬度对薄板成形的影响, 并实验验证了模拟结果。研究结果表明, 薄板的成形形状为半球形; 当橡胶厚度在1.5~3 mm范围内变化时, 厚度越大越有利于薄板的成形; 薄板的成形结果与橡胶直径无明显关联; 当橡胶的硬度在40~70 HA范围内变化时, 硬度越小越有利于薄板的成形。模拟与实验结果具有良好的一致性。

采用动力学有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对316L不锈钢靶板在脉宽为纳秒量级的强激光诱导的冲击波作用下的变形速度进行了数值模拟，建立了适用于高压高应变率条件下的有限元模型，并将数值模拟得到的速度曲线与前人实验结果进行了比较，验证了模型的正确性。此外，靶板的变形速度随冲击波压强的增加而增大，随靶板厚度的增加而减小。模拟结果对研究激光冲击成形、靶板层裂以及侵彻等过程具有参考意义。