納秒脈沖激光制孔孔壁熱應(yīng)力數(shù)值模擬研究

張修瑞 ，李懷學(xué) ，黃 銳

（1.中航工業(yè)成都飛機工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，成都 610092；2.中航工業(yè)北京航空制造工程研究所，北京 100024；3.高能束流加工技術(shù)重點實驗室，北京 100024）

航空發(fā)動機及其周圍構(gòu)件由于工作溫度高，通常需要群孔冷卻作用，以提高航空零部件的工作溫度和服役壽命。與毫秒脈沖激光制孔相比，納秒脈沖激光作為制孔熱源具有制孔熱影響區(qū)小、變形小、適用性廣等特點，非常適合用于航空工業(yè)中加工高溫合金。納秒脈沖激光制孔是通過納秒脈沖激光與高溫合金等材料相互作用，使材料瞬間熔化及氣化，產(chǎn)生蒸發(fā)以及熔體流動，獲得所需的冷卻孔的直徑和深度[1-2]。

納秒脈沖激光制孔過程中，孔壁若殘留一部分再鑄層，且再鑄層內(nèi)易產(chǎn)生微裂紋。再鑄層上的微裂紋會降低航空構(gòu)件的服役壽命?？妆谖⒘鸭y產(chǎn)生與孔壁熱應(yīng)力、再鑄層厚度及內(nèi)應(yīng)力特征密切相關(guān)。目前，國內(nèi)外關(guān)于納秒脈沖激光制孔的試驗研究報道較多，曾開展了不同合金納秒脈沖激光制孔的試驗研究[3-8]，揭示了納秒脈沖激光的制孔機制以及工藝參數(shù)對納秒脈沖激光制孔的影響等[9-13]。但是，關(guān)于脈沖激光制孔過程熱應(yīng)力的數(shù)值模擬方面研究鮮見報道。

納秒脈沖激光制孔的過程熔池小而深、時間短、物理機制復(fù)雜，難以直接準(zhǔn)確獲得孔壁熱應(yīng)力的演變特征。為了更好地揭示納秒脈沖激光制孔的孔壁熱應(yīng)力，本文擬采用數(shù)值模擬的方法研究納秒脈沖激光制孔的孔壁熱應(yīng)力，通過建立納秒脈沖激光制孔的數(shù)學(xué)模型，采用有限元模擬分析納秒脈沖激光制孔中的孔壁溫度場和應(yīng)力場，根據(jù)納秒脈沖激光沖擊制孔試驗，驗證模擬計算結(jié)果。……