1. 激光沖擊強(qiáng)化是一種相對而言較新的機(jī)械表面處理方式。就目標(biāo)而言它與機(jī)械噴丸強(qiáng)化類似：在材料的表面和近表面引入有益的殘余壓應(yīng)力。激光沖擊強(qiáng)化使用高功率激光脈沖將表面電離成高壓等離子體，在一個透明的慣性約束介質(zhì)中（通常是水）進(jìn)行操作。可以使用一種類似黑色鋁箔膠帶的犧牲性涂層作為熱保護(hù)覆蓋層來保護(hù)靶材表面的完整性。與機(jī)械噴丸相比，使用激光沖擊的制造優(yōu)勢是可控的準(zhǔn)確性和精度，有害表面改性的減少和疲勞壽命的提高。隨著有限元技術(shù)的逐漸發(fā)展，激光沖擊殘余應(yīng)力的演變得以可視化研究。傳統(tǒng)的建模方式通過GUI方式切分出特定形狀和大小的光斑面，然后在此光斑面施加隨時間（幅值曲線）和空間（解析場）變化的載荷，效率低，不適合多光斑的研究。ABAQUS軟件可以通過顯式VDLOAD或隱式DLOAD子程序二次開發(fā)進(jìn)行單點(diǎn)/多點(diǎn)激光沖擊模擬，效率高。不同之處在于隱式相對計算時間長但是可以在第一步?jīng)_擊后直接在第二步進(jìn)行回彈分析，無需進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞來計算回彈過程。
2. 本帖基于ABAQUS的VDLOAD/DLOAD子程序?qū)Ρ蕊@式/隱式算法下不同光斑形狀的應(yīng)力和塑性應(yīng)變。首先進(jìn)行模型構(gòu)建。

• 材料采用Ti-6Al-4V鈦合金，有限單元區(qū)賦予彈塑性參數(shù)，無限單元賦予彈性參數(shù)。具體參數(shù)如下：
• 密度：4.5e-9；彈性：1.2e5,0.34；塑性：A:1098  B:1092  C:0.014  n:0.93  參考應(yīng)變率：1
• 裝配：全局坐標(biāo)原點(diǎn)與有限單元頂點(diǎn)重合。

• 分析步創(chuàng)建：隱式/顯式分析步，增量采用固定增量步
• 接口設(shè)定：

• 網(wǎng)格劃分，無限單元部分定義網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)方向排布
• 建立模型輸出inp文件，將無限單元部分的單元類型改為CIN3D8

• 如果沖擊光斑為圓形光斑，網(wǎng)格細(xì)化至50微米，如果為方向光斑，網(wǎng)格100微米
• 圓形光斑在空間表現(xiàn)為高斯分布，表現(xiàn)為從中心區(qū)域到邊緣沖擊載荷逐漸變小。

• 方向光斑在空間表現(xiàn)為均布載荷，其峰值載荷為圓形光斑的0.618倍，一些研究表明相同激光參數(shù)下方形光斑搭接沖擊材料疲勞性能較高。

• 幅值曲線：

子程序編寫，VDLOAD/DLOAD，圓形光斑峰值載荷5100MPa，方形光斑峰值載荷3150MPa

• VDLOAD接口：

      subroutine vdload (
C Read only (unmodifiable)variables -
     1 nBlock, ndim, stepTime, totalTime,
     2 amplitude, curCoords, velocity, dirCos, jltyp, sname,
C Write only (modifiable) variable -
     1 value )
C
      include 'vaba_param.inc'
C
      dimension curCoords(nBlock,ndim), velocity(nBlock,ndim),
     1  dirCos(nBlock,ndim,ndim), value(nBlock)
      character*80 sname
C
      ！變量聲明
      ！變量參數(shù)定義
      do k = 1, nBlock
        
         value(k) = p(用戶自定義部分，具體包括幅值曲線的表達(dá)式，光斑加載范圍)


      end do
  
      return
      end

• DLOAD接口：

      SUBROUTINE DLOAD(F,KSTEP,KINC,TIME,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,
     1 COORDS,JLTYP,SNAME)
C
      INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'
C
      DIMENSION TIME(2), COORDS (3)
      CHARACTER*80 SNAME

      ！變量聲明
      ！變量定義
      ！幅值曲線、光斑約束定義
      F = p 


      RETURN
      END

• VDLOAD顯式?jīng)_擊圓形和方形光斑對比

        米塞斯應(yīng)力：圓形成四周擴(kuò)散形式，方形相對范圍較小

        等效塑性應(yīng)變：圓形中心區(qū)域變形較大，方形整體變形均勻，頂點(diǎn)處出現(xiàn)應(yīng)力集中，變形過大

• DLOAD隱式?jīng)_擊圓形和方形光斑對比

        隱式計算時間成本較長，此處計算到1.5e-8

        米塞斯應(yīng)力：圓形呈高斯分布，方形均勻

       

        等效塑性應(yīng)變：與顯式規(guī)律基本一致

• 圓形光斑經(jīng)VDLOAD顯式和DLOAD隱式?jīng)_擊下對比

        米塞斯應(yīng)力：隱式計算得到的應(yīng)力分布相對均勻，且數(shù)值相對較小，但是云圖數(shù)值基本相近

          等效塑性應(yīng)變：隱式計算塑性變形相對均勻，變形相對較小

        雖然隱式得到的結(jié)果相對均勻準(zhǔn)確，但是計算成本相比較高。

• 方形光斑經(jīng)VDLOAD顯式和DLOAD隱式?jīng)_擊下對比

        米塞斯應(yīng)力：顯式更加均勻，無應(yīng)力集中產(chǎn)生，隱式計算結(jié)果頂點(diǎn)處產(chǎn)生應(yīng)力集中

         等效塑性變形：顯式計算得到的結(jié)果相比隱式更加均勻

• 位移比較，無明顯區(qū)別

• 方形實(shí)際沖擊過程并不會出現(xiàn)頂點(diǎn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象，模擬與網(wǎng)格相關(guān)，網(wǎng)格大小盡量能被程序所定義的約束坐標(biāo)值整除。
• 方形光斑的應(yīng)力和應(yīng)變整體相對均勻，實(shí)際激光噴丸過程中方形光斑的沖擊對表面完整性更加有利。