بهینه سازی چندهدفه پارامترهای فرآیند لیزرکوبی با استفاده از آرایه های متعامد تاگوچی و روش تحلیل رابطه ای خاکستری

لیزرکوبی یکی از فرآیندهای بهبود عمر است که با تابش پالس لیزر با انرژی کافی در زمان بسیار کوتاه بر سطح فلز منجر به نفوذ امواج شوک درون ماده و ایجاد تنش پسماند فشاری درون آن می‌شود. هدف از انجام این پژوهش، بهینه‌سازی چندهدفه پارامترهای موثر در فرآیند لیزرکوبی است. از روش اجزاء محدود جهت مدل‌سازی، آرایه‌های متعامد تاگوچی جهت طراحی آزمایش و تحلیل رابطه‌ای خاکستری جهت بهینه‌سازی چندهدفه استفاده شده است. قطر، فشار، زمان و میزان همپوشانی بین دو پالس مجاور لیزر به عنوان فاکتورهای طراحی که در 4 سطح تغییر می‌کنند در نظر گرفته شده و از آرایه متعامد اِل16 تاگوچی به عنوان چیدمان آزمایش‌ها استفاده شده است. میانگین تنش پسماند در سطح پالس اول، کمترین و بیشترین تنش پسماند و میانگین عمق تنش پسماند در مراکز دو پالس لیزر به عنوان توابع هدف بهینه‌سازی در نظر گرفته شده‌اند. با انجام تحلیل رابطه‌ای خاکستری، امتیاز رابطه‌ای خاکستری برای هر آزمایش محاسبه شده و حالت بهینه هریک از پارامترها به‌دست آمده است. نتایج نشان‌دهنده این است که حالت بهینه هر یک از پارامترهای قطر، فشار، زمان و میزان همپوشانی بین دو پالس به ترتیب در سطوح چهارم، چهارم، اول و چهارم می‌باشد که به ترتیب برابر 8 میلیمتر، 4 گیگاپاسکال، 30 نانوثانیه و 75 درصد می‌باشند .همچنین تحلیل واریانس بر روی نتایج صورت گرفت تا تاثیر هر یک از پارامترها بر روی خروجی مشخص شود که زمان لیزر با 58.87 درصد، تاثیرگذارترین پارامتر بر روی نتایج است.

Multi-Objective Optimization of Laser Peening Process Parameters Using Taguchi Orthogonal Array and Gray Relational Analysis

Laser peening is one of the lifeenhancing process that by radiation of laser pulse with sufficient energy at very short time on the surface of the metal results in the penetration of shock waves inside the material and the formation of compressive residual stresses inside it. The purpose of this research is the multiobjective optimization of the laser peening process parameters. Finite element method is used for modeling, Taguchi orthogonal array for design of experiment and the gray relational analysis for multiobjective optimization. The diameter, pressure, time, and overlap rate between two adjacent laser pulses are considered as design factors that change in 4 levels and the Taguchi L16 orthogonal array is used for experiments layout. The average residual stress at the surface of first pulse, minimum and maximum residual stress and the mean of the residual stress depth in the center of two laser pulses were considered as optimization target functions. By performing a grayrelational analysis, the Gray relational grade for each experiment was calculated and the optimal level of each parameter was obtained. The results indicate that the optimal state of each parameters of diameter, pressure, time and the overlap rate between the two laser pulses are at the fourth, fourth, first and fourth levels, respectively are 8 mm, 4 GPa, 30 ns and 75%. Also, analysis of variance was performed on the results to determine the effect of each parameters on the output that the laser time with 58.87% is the most effective parameter on the results.