【摘要】：低溫輔助激光噴丸強化技術(shù)(Cryogenic Assisted Laser Peening,CALP)是一種基于低溫與超高應(yīng)變率的耦合效應(yīng)的新型表面形變強化技術(shù),可以通過優(yōu)化微觀組織與增加塑性變形,實現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)激光沖擊強化工藝的組織/應(yīng)力強化效果。針對航空鋁合金易于出現(xiàn)振動疲勞失效,本文選取典型的2024-T351航空鋁合金材料為研究對象,采用理論分析、試驗研究以及數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法,揭示低溫輔助激光噴丸對鋁合金材料典型表面力學(xué)性能、振動特性及振動疲勞性能的影響規(guī)律,并結(jié)合疲勞斷口形貌,探索CALP處理鋁合金材料的振動疲勞延壽機理。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)分別采用光學(xué)顯微鏡(OM)、透射電子顯微鏡(TEM)和殘余應(yīng)力測試儀等試驗設(shè)備對低溫輔助激光噴丸鋁合金的微觀組織與殘余應(yīng)力進行測試,分析了低溫輔助激光噴丸對材料表層微觀組織及殘余應(yīng)力的影響規(guī)律,結(jié)合凝聚態(tài)物理學(xué)理論闡述了低溫輔助激光噴丸的微觀組織演變機理及殘余應(yīng)力的強化機制。(2)采用納米壓痕儀對材料的納米硬度及彈性模量進行了測試和分析,探索了低溫輔助激光噴丸強化鋁合金的加工硬化機制;以懸臂梁結(jié)構(gòu)為研究對象,使用振動模態(tài)測試系統(tǒng)分別獲取了不同激光功率密度下CALP與LP處理試樣的振動特性(固有頻率與阻尼比),得到了激光噴丸功率密度對試樣的固有頻率與阻尼比的影響規(guī)律;此外,建立了鋁合金懸臂梁結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型并開展數(shù)值模擬分析,獲得了結(jié)構(gòu)的振型和固有頻率;基于振動力學(xué)理論與K-G-L阻尼理論,分析了低溫輔助激光噴丸工藝對固有頻率與阻尼比的影響機理。(3)開展了低溫輔助激光噴丸強化鋁合金的振動疲勞性能測試,獲得了試樣的振動疲勞壽命以及固有頻率隨時間的變化規(guī)律。采用掃描電子顯微鏡(SEM)對試樣的振動疲勞斷口形貌進行觀測,結(jié)合疲勞與斷裂理論分析了典型振動疲勞的斷口特征,分別研究了低溫輔助激光噴丸強化對疲勞斷口裂紋源區(qū)、擴展區(qū)及瞬斷區(qū)形貌的影響規(guī)律;揭示了低溫輔助激光噴丸強化的振動疲勞斷裂機制。研究結(jié)果表明,低溫輔助激光噴丸強化技術(shù)在組織強化與應(yīng)力強化方面優(yōu)勢突出,可以有效改善結(jié)構(gòu)的振動特性與振動疲勞性能。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG668;TG146.21
【圖文】：

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒 論言024-T351 作為一種典型的航空鋁合金材料，是航空制造業(yè)應(yīng)用最為一，主要應(yīng)用于飛機的機身蒙皮、機艙結(jié)構(gòu)件、機翼橫梁及隔框等結(jié)構(gòu)件的制造。在波音和空客等主流飛機生產(chǎn)制造商生產(chǎn)的飛機中用已經(jīng)達到飛機總質(zhì)量的 60%以上[1]，而我國的 C919 大飛機的鋁達到了 65%以上，客機上常規(guī)的鋁合金部件如圖 1.1 所示。

圖 1.1 客機上的鋁合金部件Fig.1.1 Aluminum alloy components on passenger aircraft由于 2024-T351 鋁合金的剛度相對較低，飛機的舵面、平尾以及腹鰭等飛行氣流的擾動下易于產(chǎn)生振動，因此這些部位相對比較容易出現(xiàn)疲勞較高的疲勞失效風(fēng)險。相關(guān)研究表明疲勞失效是飛機失效的主要形式之失效形式的 70%以上[2]，疲勞失效降低了結(jié)構(gòu)件的使用壽命，嚴重影響行安全，很可能引發(fā)重大的安全事故，圖 1.2 為英國“彗星”號客機及美戰(zhàn)斗機因振動疲勞失效而墜毀的現(xiàn)場。因此，對航空結(jié)構(gòu)件進行疲勞壽抗疲勞制造顯得十分必要。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李鵬;劉道新;關(guān)艷英;成書民;趙遠興;曹亮;李歡;;噴丸強化對新型7055-T7751鋁合金疲勞性能的影響[J];機械工程材料;2015年01期

2 曹宇鵬;馮愛新;薛偉;花國然;;激光沖擊波誘導(dǎo)2024鋁合金表面動態(tài)應(yīng)變特性試驗研究及理論分析[J];中國激光;2014年09期

3 何衛(wèi)鋒;李應(yīng)紅;李啟鵬;聶祥樊;李玉琴;周磊;;LSP提高TC6鈦合金振動疲勞性能及強化機理研究[J];稀有金屬材料與工程;2013年08期

4 胡海濤;李玉龍;索濤;趙峰;;2024鋁合金振動疲勞特性及斷口分析[J];航空材料學(xué)報;2013年04期

5 余天宇;戴峰澤;張永康;安中偉;Charles LOY;張曙光;王慶偉;;平頂光束激光沖擊2024鋁合金誘導(dǎo)殘余應(yīng)力場的模擬與實驗[J];中國激光;2012年10期

6 周建忠;左立黨;黃舒;徐增闖;楊晶;季杏露;謝小江;;基于應(yīng)變速率的激光噴丸強化6061-T6鋁合金力學(xué)性能分析[J];中國激光;2012年05期

7 王學(xué)德;李啟鵬;周鑫;仝崇樓;胡雅驥;;激光沖擊強化提高TC4葉片振動疲勞性能[J];中國表面工程;2012年02期

8 李啟鵬;李應(yīng)紅;何衛(wèi)鋒;劉海雷;;激光沖擊強化提高主動連桿振動疲勞性能[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報;2012年01期

9 周建忠;徐增闖;黃舒;楊小東;王呈棟;楊晶;左立黨;季杏露;;基于不同應(yīng)力比下激光噴丸強化6061-T6鋁合金的疲勞裂紋擴展性能研究[J];中國激光;2011年09期

10 何衛(wèi)鋒;李應(yīng)紅;李偉;李玉琴;李啟鵬;;激光沖擊強化提高壓氣機葉片疲勞性能研究[J];航空動力學(xué)報;2011年07期

本文編號：2714053