Analiza pomiarów ciśnienia fali uderzeniowej w eksperymentach laserowego umacniania udarowego

• Autorzy: Sarzyński A.

Warianty tytułu

EN

Analysis of shockwave pressure measurements in laser shock processing experiments

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy opisano metodę laserowego umacniania udarowego pozwalającą nawet dziesięciokrotnie zwiększyć wytrzymałość zmęczeniową niektórych części metalowych. Opracowanie technologii tej obróbki nadającej się do wdrożenia przemysłowego wymaga m.in. pomiaru ciśnienia fal uderzeniowych. Ciśnienie fal mierzono za pomocą polimerowego czujnika ciśnienia typu PVDF. 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. Wyjaśniono, w jaki sposób modyfikacja eksperymentu związana z pomiarem ciśnienia zakłóca proces laserowego umacniania udarowego. Mimo stosowania uproszczonego modelu numerycznego uzyskano niezłą zgodność wyników obliczeń i pomiarów. Zamieszczone porównania pozwalają wyciągać wnioski dotyczące rzeczywistej wartości amplitud fal w ośrodkach bezpośrednio stykających się z czujnikiem.

EN

The method of laser shock processing is described in the paper. The method allows us to significantly 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. A comparison of both, numerical modelling of laser induced shockwaves and results of shockwave pressure measurements is presented in the work. 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 a very simple numerical model used, quite good agreement was obtained. It was shown that modification of the experimental setup related to measurements influences shockwave pressure profile. The comparison of numerical and experimental results indicates what is the true value of pressure in media contacting with PVDF gauge. In the course of laser shock processing without pressure measurement, the shockwave pressure profile is quite simple.

Słowa kluczowe

PL

laserowe umacnianie udarowe; fala uderzeniowa; modelowanie numeryczne; czujnik ciśnienia

EN

laser shock processing (LSP); shock wave; numerical modelling; PVDF pressure gauge

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 58, nr 4
• Strony: 149--164
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., wykr.

Twórcy

autor

Sarzyński A.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Optoelektroniki, 00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2

Bibliografia

• [1] K. Ding, L. Ye, Laser shock processing-Performance and process simulation, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, 2006.
• [2] C. S. Montross, T. Wei, L. Ye, G. Clark, Y. W. Mai, Laser shock processing and its effect on microstructure and properties of metal alloys: a review, International Journal of Fatigue, 24, 2002, 1021-1036.
• [3] G. Hammersley, L. A. Hackel, F. Harris, Surface prestressing to improve fatigue strength of components by laser shot peening, Optics and Lasers in Engineering 34, 2000, 327-337.
• [4] W. Napadłek, A. Sarzyński, Influence of Laser Shock Peening on Topography of Ti-6Al-2Cr-2Mo Titanium Alloy Surface Layer (Wpływ umacniania laserowego na topografię warstwy wierzchniej stopu tytanu Ti-6Al-2Cr-2Mo), Inżynieria Materiałowa, 3-4 (157-158), 2007, 707-711.
• [5] W. H. Zhu, T. X. Yu, Z. Y. Li, Laser induced shock waves in PMMA confined foils, International Journal of Impact Engineering 24, 2000, 641-657.
• [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 nduced Shock Wave, Optics and Lasers in Engineering, 29, 1998, 447-455.
• [7] S. Couturier, T. de Resseguier, M. Hallouin, J. P. Romain, F. Bauer, Shock profile induced by short laser pulses, J. Appl. Phys., 79, 12, 15 June 1996, 9338-9342.
• [8] www.ktech.com/research_development/applied_physics/The piezoelectric properties of PVDF.pdf
• [9] F. Bauer, Properties of ferroelectric polymers under high pressure and shock loading, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B 105, 1995, 212-216.
• [10] F. Bauer, PVDF Shock Sensors: Applications to Polar Materials and High Explosives, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 47, 6, November 2000, 1448-1454.
• [11] F. Bauer, Ferroelectric Polymers for High Pressure and Shock Compression Sensors, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 698, Materials Research Society, EE2.3.1-12, 2002.
• [12] A. Sarzyński, Pomiar ciśnienia fali uderzeniowej za pomocą polimerowego czujnika piezoelektrycznego, Pomiary, Automatyka, Kontrola, 54, 9, 2008, 627-630.
• [13] A. Sarzyński, Zastosowanie piezoelektrycznych czujnikow PVDF do rejestracji czasowego profilu ciśnienia fal uderzeniowych, Biul. WAT, 57, 2, 2008, 153-163.
• [14] K. Przybyłowicz, Metaloznawstwo, WNT, wyd. 5, Warszawa, 1996.
• [15] S. I. Anisimow, Ja. A. Imas, G. S. Romanow, Ju. W. Chodyko, Dejstwie izłuczenija bolszoj mosznosti na metałły, Nauka, Moskwa, 1970.
• [16] T. Burakowski, J. Marczak, W. Napadłek, A. Sarzyński, Modyfikacja właściwości warstwy wierzchniej stopów metali falą uderzeniową generowaną impulsem laserowym -stan aktualny oraz perspektywy, Problemy Eksploatacji, Zeszyty Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji, t. 54, 3, 2004, 83-102.
• [17] H. Kolsky, Stress waves in solids, (tłum. ros.), G. Kolskij, Wołny naprażenij w twierdych telach, Izdatelstwo Inostrannoj Literatury, Moskwa, 1955.
• [18] K. Jach, A. Morka, M. Mroczkowski, R. Panowicz, A. Sarzyński, W. Stępniewski, R. Świerczyński, J. Tyl, Komputerowe modelowanie dynamicznych oddziaływań ciał metodą punktów swobodnych, PWN, Warszawa, 2000.
• [19] J. Marczak, Analiza i usuwanie nawarstwień obcych z różnych materiałów metodą ablacji laserowej, Wydawnictwo Bel Studio, Warszawa, 2004.
• [20] S. Eliezer, A. Ghatak, H. Hora, E. Teller, An introduction to equations of state–Theory and applications, Cambridge University Press, Cambridge, 1986.
• [21] M. von Allmen, A. Blatter, Laser Beam Interactions with Materials, Springer, 1995.