baqus显式VDLOAD与隐式DLOAD：激光冲击加载技术（圆形与方形光斑）

激光冲击强化是一种相对而言较新的机械表面处理方式。就目标而言它与机械喷丸强化类似：在材料的表面和近表面引入有益的残余压应力。激光冲击强化使用高功率激光脉冲将表面电离成高压等离子体，在一个透明的惯性约束介质中（通常是水）进行操作。可以使用一种类似黑色铝箔胶带的牺牲性涂层作为热保护覆盖层来保护靶材表面的完整性。与机械喷丸相比，使用激光冲击的制造优势是可控的准确性和精度，有害表面改性的减少和疲劳寿命的提高。随着有限元技术的逐渐发展，激光冲击残余应力的演变得以可视化研究。传统的建模方式通过GUI方式切分出特定形状和大小的光斑面，然后在此光斑面施加随时间（幅值曲线）和空间（解析场）变化的载荷，效率低，不适合多光斑的研究。ABAQUS软件可以通过显式VDLOAD或隐式DLOAD子程序二次开发进行单点/多点激光冲击模拟，效率高。不同之处在于隐式相对计算时间长但是可以在第一步冲击后直接在第二步进行回弹分析，无需进行数据传递来计算回弹过程。

本帖基于ABAQUS的VDLOAD/DLOAD子程序对比显式/隐式算法下不同光斑形状的应力和塑性应变。首先进行模型构建。

基于ABAQUS单点显式VDLOAD/隐式DLOAD激光冲击加载(圆形光斑和方形光斑)的图1

材料采用Ti-6Al-4V钛合金，有限单元区赋予弹塑性参数，无限单元赋予弹性参数。具体参数如下：
密度：4.5e-9；弹性：1.2e5,0.34；塑性：A:1098 B:1092 C:0.014 n:0.93 参考应变率：1
装配：全局坐标原点与有限单元顶点重合。

基于ABAQUS单点显式VDLOAD/隐式DLOAD激光冲击加载(圆形光斑和方形光斑)的图2

分析步创建：隐式/显式分析步，增量采用固定增量步
接口设定：

基于ABAQUS单点显式VDLOAD/隐式DLOAD激光冲击加载(圆形光斑和方形光斑)的图3

网格划分，无限单元部分定义网格节点方向排布
建立模型输出inp文件，将无限单元部分的单元类型改为CIN3D8

基于ABAQUS单点显式VDLOAD/隐式DLOAD激光冲击加载(圆形光斑和方形光斑)的图4

如果冲击光斑为圆形光斑，网格细化至50微米，如果为方向光斑，网格100微米
圆形光斑在空间表现为高斯分布，表现为从中心区域到边缘冲击载荷逐渐变小。

基于ABAQUS单点显式VDLOAD/隐式DLOAD激光冲击加载(圆形光斑和方形光斑)的图5

方向光斑在空间表现为均布载荷，其峰值载荷为圆形光斑的0.618倍，一些研究表明相同激光参数下方形光斑搭接冲击材料疲劳性能较高。

基于ABAQUS单点显式VDLOAD/隐式DLOAD激光冲击加载(圆形光斑和方形光斑)的图6

幅值曲线：

基于ABAQUS单点显式VDLOAD/隐式DLOAD激光冲击加载(圆形光斑和方形光斑)的图7

子程序编写，VDLOAD/DLOAD，圆形光斑峰值载荷5100MPa，方形光斑峰值载荷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
      ！变量声明
      ！变量参数定义
      do k = 1, nBlock
        
         value(k) = p(用户自定义部分，具体包括幅值曲线的表达式，光斑加载范围)


      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

      ！变量声明
      ！变量定义
      ！幅值曲线、光斑约束定义
      F = p 


      RETURN
      END