(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210912268.7 (22)申请日 2022.07.30 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 （深圳） 地址 518055 广东省深圳市南 山区桃源街 道深圳大 学城哈尔滨工业大 学校区 (72)发明人 邓大祥　刘永恒　陈如香　顾鑫　 曾龙　赵晨阳　 (74)专利代理 机构 北京君恒知识产权代理有限 公司 11466 专利代理师 姜有维 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种激光喷 丸成形形状-残 余应力协同调控 方法 (57)摘要 本发明公开了一种激光喷 丸成形形状 ‑残余 应力协同调控方法， 包括如下步骤： 1)获取激光 能随时间和空间分布的数据库； 2)确定成形区域 所需固有矩、 残余应力指标， 以及变形后的几何 形状； 3)建立等厚度平板激光喷丸的动态显式分 析有限元模型； 将4)将工艺参数对应的载荷 施加 至所述有限元模型并求解； 5)提取特征区域固有 应变分布， 计算残余应力和固有矩的数值； 6)判 断固有矩和残 余应力是否满足要求， 根据情况采 用优化算法确定新的工艺参数； 7)采用优化所得 工艺参数进行激光喷丸成形。 本发 明通过优化工 艺参数调控固有应变， 进而建立激光喷丸成形件 形状和残余应力的联系、 实现形性协 同调控， 具 有成本低、 效率高、 适用性强、 准确度高等优点。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115204018 A 2022.10.18 CN 115204018 A 1.一种激光喷丸成形 形状‑残余应力协同调控方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一、 通过控制激光器发射脉冲激光， 获取不同激光参数下， 激光能随时间和空间分 布的数据库； 步骤二、 确定成形区域所需的固有矩、 残余应力指标， 以及变形后的几何形状； 步骤三、 建立 等厚度平板 激光喷丸的动态显式分析有限元模型； 步骤四、 将工艺 参数对应的载荷施加至所述有限元模型并求 解； 步骤五、 提取 特征区域固有应 变分布， 计算残余应力和固有矩的数值； 步骤六、 判断固有矩和残余应力是否满足要求， 若不满足要求， 则采用优化算法确定新 的扫描路径或激光 参数、 冲击次数， 并返回执 行步骤三； 若满足要求， 则输出工艺 参数； 步骤七、 采用优化所 得工艺参数进行激光喷丸成形。 2.根据权利要求1所述的一种激光喷丸成形形状 ‑残余应力协同调控方法， 其特征在 于， 步骤三中， 所述有限元模型中， 材 料设置为Johnso n‑Cook本构模型。 3.根据权利要求1所述的一种激光喷丸成形形状 ‑残余应力协同调控方法， 其特征在 于， 步骤四中， 所述工艺 参数为激光 参数、 冲击次数、 扫描路径， 对应的载荷为压力。 4.根据权利要求1所述的一种激光喷丸成形形状 ‑残余应力协同调控方法， 其特征在 于， 步骤四中， 对任意激光光斑， 以光斑所在平面为XY平 面， 以光斑中心 为圆心， 压力关于工 艺参数的表达式为： 其中， α 为激光内能转化为热能 的比例系数， Zt为靶材的声阻抗， Ze为约束层的声阻抗， E (x,y,t)为激光束的能量 ‑时间‑空间分布 函数， τ为激光的脉冲宽度， 参数均通过实验确定， D为光斑直径。 5.根据权利要求1所述的一种激光喷丸成形形状 ‑残余应力协同调控方法， 其特征在 于， 步骤四中， 所述载荷作用区域 为光斑阵列所覆盖的区域。 6.根据权利要求1所述的一种激光喷丸成形形状 ‑残余应力协同调控方法， 其特征在 于， 步骤五中， 所述特 征区域为所述载荷作用区域内由中间光斑圆心围成的矩形区域。 7.根据权利要求1所述的一种激光喷丸成形形状 ‑残余应力协同调控方法， 其特征在 于， 步骤五中， 固有矩的计算公式为: 残余应力计算公式为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115204018 A 2其中， 公式(1)为y方向固有矩 计算公式； 公式(2)为x方向固有矩 计算公式； 公式 (3)为x方向残余应力计算公式； 公式(4)为y方向残余应力计算公式， z为深度方向的坐标， 板料厚度的中心为z坐标原点， μ为泊松比， E为弹性模量， h为厚度， 分别为固有应变的 x方向和y方向分量； κx、 κy为x方向和y方向中性 面曲率。 8.根据权利要求1所述的一种激光喷丸成形形状 ‑残余应力协同调控方法， 其特征在 于， 步骤六中， 所述固有矩和残余应力需满足的要求为： 固有矩数值在允许的误差范围， 残 余压应力数值的绝对值取最大值， 残余拉应力取最小值。 9.如权利要求1所述的一种激光喷丸成形形状 ‑残余应力协同调控方法， 其特征在于， 步骤六中， 所述优化 算法为响应面优化方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115204018 A 3