Pomiar ciśnienia fal uderzeniowych w eksperymentach laserowego umacniania udarowego

• Autorzy: Sarzyński A. , Marczak J. , Strzelec M.

Warianty tytułu

EN

Shockwave pressure measurements in laser shock processing experiments

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opisano metodę laserowego umacniania udarowego pozwalającą nawet dziesięciokrotnie zwiększyć wytrzymałość zmęczeniową niektórych części metalowych. Opracowanie technologii tej obróbki do wdrożenia przemysłowego wymaga m.in. pomiaru ciśnienia fal uderzeniowych. Ciśnienie fal mierzono za pomocą polimerowego czujnika ciśnienia typu PVDF. Pokazano, że modyfikacja eksperymentu związana z pomiarem ciśnienia zakłóca proces laserowego umacniania udarowego. Zamieszczono porównanie wyników pomiarów oraz numerycznego modelowania wzbudzania i propagacji fal uderzeniowych przez impulsowe promieniowanie laserowe. Do modelowania wykorzystano równania hydrodynamiki w przybliżeniu jednowymiarowym, które rozwiązywano metodą różnic skończonych. Mimo stosowania uproszczonego modelu numerycznego uzyskano dość dobrą zgodność wyników obliczeń i pomiarów. Zamieszczone porównania pozwalają wyciągać wnioski dotyczące rzeczywistej wartości amplitud fal w ośrodkach bezpośrednio stykających się z czujnikiem. Opisane metody pomiarowe oraz modelowanie numeryczne są wykorzystywane podczas prac badawczych dotyczących laserowego umacniania udarowego. Fale uderzeniowe mogą również być łatwo wzbudzane w procesach czyszczenia laserowego na mokro i wówczas mogą uszkadzać czyszczony obiekt.

EN

The method of laser shock processing is described in the paper. The method allows significantly to improve the fatigue strength of metal parts (ten times in the case of titanium blades of turbine). In the course of development of laser shock processing method appropriate for industrial applications, measurement of laser induced shockwave pressure is necessary. Shockwave pressure was measured with the use of PVDF pressure gauges (Fig. 1). It was shown that modification of the experimental setup related to measurements influenced shockwave pressure profile (Fig. 2, 3). A comparison of the both: the results of numerical modelling of laser induced shockwaves and the results of shockwave pressure measurements is presented in the work (Fig. 3, 5). One dimensional equations of hydrodynamic were used for mathematical description of the process. The equations were solved with the use of finite difference method. In spite of very simple numerical model used, quite good agreement was obtained (Fig. 2, 4). The comparison of numerical and experimental results indicated the true value of pressure in media contacting with PVDF gauge. The shockwave of pretty high amplitude (Fig. 8) may be easily induced during the wet laser cleaning process of artworks and, if it is strong enough it may destroy the object under cleaning.

Słowa kluczowe

PL

czujnik ciśnienia PVDF; pomiar ciśnienia fali uderzeniowej; czyszczenie laserowe

EN

PVDF pressure gauge; shockwave pressure measurement; laser cleaning

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 3
• Strony: 228--232
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Sarzyński A.

autor

Marczak J.

autor

Strzelec M.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna,

Bibliografia

• [1] Ready J. F. (ed): LIA Handbook of laser materials processing. Laser Institute of America (2001).
• [2] Ding K., Ye L.: Laser shock processing – performance and process simulation. Woodhead Publishing Limited, Cambridge (2006).
• [3] Montross C. S., Wei T., Ye L., Clark G., Mai Y-W.: Laser shock processing and its effect on microstructure and properties of metal alloys: a review. International Journal of Fatigue 24 (2002) 1021÷1036.
• [4] Hammersley G., Hackel L. A., Harris F.: Surface prestressing to improve fatigue strength of components by laser shot peening. Optics and Lasers in Engineering 34 (2000) 327÷337.
• [5] Napadłek W., Sarzyński A.: Wpływ umacniania laserowego na topografię warstwy wierzchniej stopu tytanu Ti-6Al-2Cr-2Mo. Inżynieria Materiałowa 3-4 (157-158) (2007) 707÷711.
• [6] Xin Hong, Shengbo Wang, Dahao Guo, Hongxing Wu, Jie Wang, Yusheng Dai, Xiaoping Xia, Yanning Xie: Confining medium and absorptive overlay: their effects on a laser-induced shock wave. Optics and Lasers in Engineering 29 (1998) 447÷455.
• [7] Couturier S., de Rességuier T., Hallouin M., Romain J. P., Bauer F.: Shock profile induced by short laser pulses. J. Appl. Phys. 79 (12) (1996) 9338÷9342.
• [8] www.ktech.com/research_development/applied_physics/The piezoelectric properties of PVDF.pdf
• [9] Bauer F.: Properties of ferroelectric polymers under high pressure and shock loading. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 105 (1995) 212÷216.
• [10] Bauer F.: PVDF shock sensors: Applications to polar materials and high explosives. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control 47 (6) (2000) 1448÷1454.
• [11] Bauer F.: Ferroelectric polymers for high pressure and shock compression sensors. Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Materials Research Society 698 (2002) EE2.3.1÷12.
• [12] Borisenok V. A., Simakov V. G., Volgin V. A., Bel’skii V. M., Zhernokletov M. V.: Investigation of phase transformations in iron and cerium using a polyvinylidene fluoride pressure gauge. Combustion, Explosion, and Shock Waves 43 (4) (2007) 476÷481.
• [13] Borisenok V. A., Simakov V. G., Bragunets V. A., Kuropatkin V. G., Kruchinin V. A., Romaev V. N.: Polyvinylidene fluoride dynamic pressure gauge: Physical model and experimental results. Combustion, Explosion, and Shock Waves 39 (5) (2003) 585÷590.
• [14] Sarzyński A.: Pomiar ciśnienia fali uderzeniowej za pomocą polimerowego czujnika piezoelektrycznego. Pomiary, Automatyka, Kontrola 54 (9) (2008) 627÷630.
• [15] Sarzyński A.: Zastosowanie piezoelektrycznych czujników PVDF do rejestracji czasowego profilu ciśnienia fal uderzeniowych. Biuletyn WAT, LVII 2 (2008) 153÷163.
• [16] Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo, WNT, wyd. 5, Warszawa (1996).
• [17] Анисимов С. И., Имас Я. А., Романов Г. С., Ходыко Ю. В.: Действие излучения большой мощности на металлы. Наука, Москва (1970).
• [18] Kolsky H.: Stress waves in solids. (tłum. ros.), Г. Кольский: Волны напражений в твердых телах. Издателъство Иностранной Литературы, Москва (1955).
• [19] Jach K., Morka A., Mroczkowski M., Panowicz R., Sarzyński A., Stępniewski W., Świerczyński R., Tyl J.: Komputerowe modelowanie dynamicznych oddziaływań ciał metodą punktów swobodnych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa (2000).
• [20] Marczak J.: Analiza i usuwanie nawarstwień obcych z różnych materiałów metodą ablacji laserowej. Wydawnictwo Bel Studio, Warszawa (2004).