1、鎂合金的使用和推廣是結構減重的重要途徑，普通鎂合金由于表面力學性能差使用范圍極為有限。近代仿生學研究表明，于材料表面構造微納米尺度的凹坑能夠改良摩擦磨損等表面力學性能。使用高功率密度激光照射材料能夠在基體表面形成半徑為微米尺度的蝕坑，這種表面造型的新思路稱為“激光剝蝕”。
　　本文使用ANSYS有限元軟件模擬了激光剝蝕AZ91D鎂合金的過程，并將剝蝕結果簡化后導入ABAQUS中進行具有粗糙表面基體的壓痕有限元模擬，以探討微造型工藝

2、對材料表面彈性模量和硬度的影響。短脈沖激光加工技術因兼具加工精度高、使用方便等優(yōu)點，在激光表面改性領域得到了廣泛應用。為探索短脈沖激光加工工藝參數(shù)與蝕坑成型之間的關系，許多學者通過數(shù)值模擬方法對此進行了研究，本文在已有研究成果的基礎之上提出了一種新的算法，與傳統(tǒng)方法相比該算法能夠?qū)M足剝蝕條件的單元即時從基體中去除，更加符合實際物理過程，從而能夠為激光參數(shù)與微蝕坑造型之間的關系提供較為準確的定義。模擬結果表明:激光功率密度高于某一臨界值

3、（約為0.3×109W/cm2）時，材料才能被剝蝕，蝕坑的半徑與激光光斑半徑基本相同;當激光脈沖寬度為10ns時，單個脈沖所產(chǎn)生的剝蝕坑的深度會隨著激光能量密度的增大而增大，但增大趨勢會因等離子屏蔽效應而逐漸變緩，熱影響區(qū)則不斷減小;脈沖能量密度保持不變，脈寬由500ps到50ns之間變化時，由于三種機制的同時作用，剝蝕坑深度先迅速增大后逐漸減小，熱影響區(qū)逐漸增大;多脈沖作用時剝蝕深度隨著脈沖個數(shù)的增加而線性地增加，剝蝕半徑逐漸逼近激光

4、光斑半徑，熱影響區(qū)變化不大。基于激光剝蝕模擬結果，在ABAQUS中建立表面密布微蝕坑的三維有限元模型，進行微納米壓痕有限元模擬。表面節(jié)點間距與激光光斑半徑相同，以構造類似蝕坑形貌的結構，并使用MATLAB編寫程序通過隨機改變表面各節(jié)點的高度獲得特定表面粗糙度，節(jié)點變化范圍參照激光剝蝕蝕坑深度。使用錐形解析剛體作為壓頭，模擬結果顯示:絕大多數(shù)情況下粗糙表面基體具有比光滑表面基體更高的表面彈性模量和硬度，其中表面粗糙度為500nm的基體最大

5、;總體上，表面硬度隨著壓入深度的增加逐漸減小，彈性模量隨壓入深度的增加逐漸變大，并漸趨穩(wěn)定?；谏鲜鲅芯糠椒ǎ覀儗⒍堂}沖微造型技術拓展到飛秒激光領域，在一定假設基礎之上獲得納米和亞微米級別的蝕坑，使用類似的方法將蝕坑引入到粗糙度模型中，以探索更小尺度下材料表面性能的改良。壓痕模擬結果表明，提高加工精細度，即減小蝕坑半徑，材料表面可獲得更高的彈性模量和硬度;在納米壓痕尺度范圍內(nèi)，彈性模量和硬度的變化趨勢與微米壓痕基本相同;熱殘余應力對材