[发明专利]一种抑制裂纹或改变裂纹走向的方法及其装置

权利要求书

1.一种抑制裂纹或改变裂纹走向的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.获取部件的环境负荷，对部件进行模态分析、振动特性计算，获得部件特征数据，所述部件特征数据为共振特性、危险共振状况、固有频率、固有振型以及各阶应力和应变；

S2.根据特征数据分析获得部件疲劳裂纹产生敏感区或疲劳裂纹传播敏感区，几何特征引发的疲劳裂纹产生源，以及不同振动阶数下共振模式诱导的共振诱导裂纹节点线路径的裂纹传播路径；

S3.根据部件疲劳裂纹产生敏感区，几何特征引发的疲劳裂纹产生源，以及不同振动阶数下的裂纹传播路径，确定裂纹在部件表面传播方向及表面层扩展的深度；

S4.根据部件的材料特性和几何特性，计算激光冲击强化工艺加工参数，计算并拟合部件材料激光冲击强化工艺参数与形成的残余压应力区域及残余压应力层深度的函数关系；

S5.选出激光冲击强化工艺加工参数、激光冲击强化表面区域以及激光冲击强化路径，控制输出激光的光束特性，对部件进行激光强化，抑制裂纹或使裂纹转向。

2.根据权利要求1所述的抑制裂纹或改变裂纹走向的方法，其特征在于：所述步骤S5中，根据部件几何特征引发的疲劳裂纹产生源，部件疲劳裂纹产生敏感区，裂纹传播方向和裂纹传播深度的特性，获得激光冲击强化工艺加工参数以及激光冲击强化表面区域以及激光冲击强化路径，在易于产生裂纹的特征位置区域和疲劳裂纹产生敏感区或疲劳裂纹传播敏感区形成激光冲击强化带或区域。

3.根据权利要求1所述的抑制裂纹或改变裂纹走向的方法，其特征在于：所述步骤S5中，根据部件几何特征引发的疲劳裂纹产生源，部件多阶共振模式诱导的共振诱导裂纹节点线的特性，以及部件实际工作的负载集中区域，获得激光冲击强化工艺加工参数以及激光冲击强化表面区域以及激光冲击强化路径，在易于被多阶共振模式诱导的共振诱导裂纹节点线上施加激光冲击强化带或区域。

4.一种用于实现如权利要求1-3任意一项所述的方法的抑制裂纹或改变裂纹走向的装置，其特征在于：包括计算机有限元仿真系统、计算机控制系统、激光冲击强化设备、零件夹持抓取机器人(1)和涂水机器人(2)，所述计算机有限元仿真系统与所述计算机控制系统连接，所述计算机控制系统控制所述激光冲击强化设备、零件夹持抓取机器人(1)和涂水机器人(2)；

所述计算机有限元仿真系统：对部件进行模态分析、振动特性计算，获得部件共振特性、危险共振状况、固有频率、固有振型以及各阶应力和应变的特征数据；

所述激光冲击强化设备上设有光斑形状转换装置，所述光斑形状转换装置与所述计算机控制系统连接。

5.根据权利要求4所述的抑制裂纹或改变裂纹走向的装置，其特征在于：所述计算机控制系统：根据计算机有限元仿真系统输入的特征数据，获得激光冲击强化工艺加工参数以及激光冲击强化表面区域、激光冲击强化路径，编译所述零件夹持抓取机器人(1)和所述涂水机器人(2)的运动轨迹程序，确定部件第一激光冲击强化区域、激光冲击强化路径以及激光器发射激光时序系列，并协同控制所述激光冲击强化设备输出的激光冲击强化光斑形状及大小尺寸、所述零件夹持抓取机器人(1)和所述涂水机器人(2)的联动定位及机器人姿态。

6.根据权利要求4所述的抑制裂纹或改变裂纹走向的装置，其特征在于：所述激光冲击强化设备为激光喷丸设备，所述激光喷丸设备为高功率脉冲激光器，其激光能量为5J-25J范围，激光波长为1053nm，1064m或532nm。

7.根据权利要求5所述的抑制裂纹或改变裂纹走向的装置，其特征在于：所述激光喷丸设备射出的激光喷丸光束为高斯平顶光束，输出直径或边长为2mm-8mm的强化光斑，激光脉冲宽度为8ns-24ns，脉冲重复率为1Hz-20Hz。