Коллектив ученых «ИМСС УрО РАН» (филиал ПФИЦ УрО РАН) разработал численный алгоритм, позволяющий прогнозировать величину и распределение остаточных напряжений в образцах из титанового сплава, конструктивно подобных лопаткам авиадвигателя, после их упрочнения лазерным ударом в различных режимах. Лопатки турбины, по данным авиационной статистики, чаще подвергаются повреждениям в процессе эксплуатации.

Основным преимуществом лазерной ударной обработки в сравнении с другими видами упрочнения деталей авиационного назначения является то, что лазерное ударное воздействие лишь незначительно изменяет шероховатость поверхности, но заметно повышает ее твердость.

Бартоломей Мария Леонидовна – кандидат технических наук, соавтор исследования:

«Разработанная модель включает динамический явный этап для расчета распространения упруго-пластических волн, вызванных лазерным импульсом, и статический неявный этап для определения распределения поля остаточных напряжений. Результаты показали, что наиболее эффективным является режим лазерной ударной обработки с плотностью мощности лазерного ударного воздействия 10 ГВт/см2 и перекрытием отпечатков лазерного луча 35%, который увеличивает величину сжимающих остаточных напряжений в обрабатываемой области более, чем на 20% по сравнению с режимами без перекрытий отпечатков лазерного луча и плотностью мощности 1 ГВт/см2».

Разработанная численная модель позволяет получить распределение остаточных напряжений при различных режимах упрочнения и скорректировать параметры режимов обработки, что обеспечивает значительную экономию времени обработки и ресурса лазерной ударной установки.

Результаты работы опубликованы в журнале Frattura ed Integrità Strutturale (Q2): A. Kostina, M. Zhelnin, A. Vedernikova, M. Bartolomei. Finite-element simulation of residual stresses induced by laser shock peening in TC4 samples structurally similar to a turbine blade // Frattura ed Integrità Strutturale. – 2024. – Vol. 18. – No. 67.