本文選題：激光沖擊強化 + 緊固孔　； 參考：《江蘇大學》2016年碩士論文

【摘要】：飛機結構中存在大量的小孔結構是飛機的薄弱環(huán)節(jié),激光沖擊強化技術能有效延長小孔的使用壽命,然而單層沖擊存在應力分布不合理、疲勞增益不穩(wěn)定的問題,為解決這一問題增加沖擊層數對緊固孔的殘余應力場進行調控,達到穩(wěn)定提高緊固孔疲勞壽命的目的。在滿足疲勞增益穩(wěn)定性的前提下,對沖擊層數進行優(yōu)化可以起到簡化工藝、節(jié)約成本的作用。本文首先分析激光沖擊層數研究現狀,借助ABAQUS軟件分析沖擊層數等參數對緊固孔殘余應力的影響,并對沖擊層數等參數進行優(yōu)化處理,設計了不同沖擊層數的激光沖擊試驗,最后進行疲勞驗證試驗。本文的主要研究工作與成果如下:(1)從應力波角度分析了單次激光沖擊殘余應力形成和估算,從彈性極限和材料硬化的角度分析多次沖擊殘余應力場的疊加,最后根據殘余應力對緊固孔應力強度因子的影響規(guī)律,揭示激光沖擊處理延長緊固孔服役周期的機理。結果表明:沖擊層數的增加可以提高殘余應力,但每次增加幅度會減小;殘余壓應力能有效降低緊固孔的應力強度因子幅度。(2)利用ABAQUS軟件分析沖擊層數等參數對緊固孔殘余應力的影響。結果表明:沖擊層數的累加造成殘余應力增大,但每次增加比例減小,雙層、三層的結果相差不大,中間孔壁拉應力區(qū)不斷壓縮;與載荷半高寬和沖擊層數相比,峰值壓力對殘余應力的影響更為顯著;峰值壓力較小時,載荷半高寬和沖擊層數可以彌補峰值壓力的不足,但峰值壓力較大時,這種彌補作用不明顯。(3)計算均勻拉伸下緊固孔的應力強度因子,在仿真殘余應力的基礎上,計算均勻拉伸和殘余應力場綜合作用下緊固孔的應力強度因子,分析激光沖擊處理對應力強度因子的修改。結果表明:激光沖擊處理能有效降低緊固孔附近的應力強度因子。均勻拉伸下三維無量綱和有量綱應力強度因子趨勢一致,隨著θ角的增大先減小后增大,θ=00和900時應力強度因子最大;裂紋沿任意方向擴展時應力強度因子不斷增大。(4)結合斷口與殘余應力結果,分析不同沖擊層數對緊固孔疲勞壽命、裂紋源與裂紋擴展速率的影響;最后通過分析激光沖擊層數對韌窩微觀特征的影響,分析激光沖擊對鋁合金塑性的影響規(guī)律。結果表明:單層沖擊疲勞增益較小,雙層和三層沖擊疲勞增益為單層的兩倍,雙層、三層強化端壽命相等。未強化試樣是單點角裂紋,強化試樣是孔壁多點疲勞源,沖擊層數的累加導致裂紋源沿厚度方向轉移。相比于未處理試樣,強化端疲勞輝紋間距明顯變窄,沖擊層數的累加導致輝紋間距變窄,雙層和三層的疲勞輝紋間距基本相等。強化層數的累加效應使韌窩更大、更深,說明激光沖擊處理能提高試樣的塑性變形能力。建立了沖擊層數-殘余應力-疲勞壽命三者之間的關系,激光沖擊對應力強度因子幅度的修改是裂紋擴展壽命增大的原因,沖擊層數對拉應力區(qū)的壓縮是疲勞源轉移的誘因,研究沖擊層數對緊固孔疲勞壽命的影響,為工程實際應用提供參考。
[Abstract]:The existence of a large number of small hole structures in aircraft structure is the weak link of aircraft. Laser impact strengthening technology can effectively prolong the service life of small holes. However, there is a problem of unreasonable stress distribution and instability of fatigue gain in single layer impact. In order to solve this problem, the residual stress field of the fastening holes can be adjusted to achieve stability by increasing the number of impact layers. In order to improve the fatigue life of the fastening holes. On the premise of satisfying the stability of the fatigue gain, the optimization of the number of impact layers can simplify the process and save the cost. This paper first analyzes the status of the research on the number of laser shock layers and analyses the impact of the impact layer on the residual stress of the fastening holes with the help of the ABAQUS software, and the impact layer. The number of parameters are optimized and the laser shock test with different impact layers is designed. Finally, the fatigue verification test is carried out. The main research work and results of this paper are as follows: (1) the residual stress formation and estimation of single laser shock are analyzed from the angle of stress wave, and the residual stress of multiple shocks is analyzed from the angle of elastic limit and material hardening. At last, according to the influence of the residual stress on the stress intensity factor of the fastening hole, the mechanism of the laser shock treatment to prolong the service period of the fastening holes is revealed. The result shows that the increase of the number of shock layers can increase the residual stress, but the amplitude of the increase will decrease each time; the residual pressure stress can effectively reduce the stress intensity factor of the fastening hole. (2) (2) the effect of the number of impact layers on the residual stress of the fastening holes is analyzed by using the software of the impact layer. The results show that the addition of the number of shock layers increases the residual stress, but the ratio decreases each time, the result of the double layer and the three layer is not quite different, the tensile stress zone in the middle hole wall is continuously compressed, and the peak pressure is compared with the load half width and the number of the impact layers. The influence of the residual stress is more significant; the peak pressure is small, the load half width and the number of shock layers can make up the shortage of peak pressure. But when the peak pressure is large, this compensatory function is not obvious. (3) the stress intensity factor of the tightened hole under uniform tension is calculated and the uniform tensile and residual stress are calculated on the basis of the simulated residual stress. The stress intensity factor of the fastening hole is analyzed by field synthesis, and the modification of the force intensity factor is analyzed by laser shock treatment. The result shows that the stress intensity factor near the fastening hole can be reduced effectively by laser shock treatment. The stress intensity factor is maximum at theta =00 and 900. The stress intensity factor increases continuously when the crack propagates in any direction. (4) the effects of the number of different impact layers on the fatigue life of the fastening holes, the crack source and the crack growth rate are analyzed with the results of fracture and residual stress. Finally, the influence of the number of laser shock layers on the microcosmic characteristics of the dimple is analyzed. The effect of laser impact on the plasticity of aluminum alloy shows that the single layer impact fatigue gain is smaller, the double layer and the three layer impact fatigue gain is two times, the double layer and the three layer are equal. The unreinforced specimen is a single point angle crack, the reinforced specimen is the multipoint fatigue source of the hole wall, and the number of impact layers leads to the crack source along the thickness direction. In contrast to untreated samples, the fatigue striation spacing of the reinforced end is narrower and the number of impact layers narrowed, and the fatigue striation spacing between the two layers and the three layers is basically equal. The cumulative effect of the number of strengthened layers makes the dimples greater and deeper, indicating that the laser shock treatment can improve the plastic deformation ability of the specimen. - the relationship between the three of the residual stress and fatigue life, the modification of the amplitude of the force intensity factor of the laser shock is the reason for the increase of the crack propagation life. The compression of the number of impact layers on the tensile stress zone is the cause of the fatigue source transfer. The study of the impact of the number of impact layers on the fatigue life of the fastening holes provides a reference for the practical application of the engineering.
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V215.5;V229

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 張永康;余承業(yè);;激光沖擊提高航空材料的疲勞壽命概述[J];電加工;1993年05期

2 楠杭;激光沖擊強化　材料品質倍增[J];航空工藝技術;1996年02期

3 楠杭;激光沖擊強化材料品質倍增[J];航天技術與民品;1996年06期

4 肖愛民,楊繼昌,張永康;激光沖擊強化原理及應用概述[J];電加工與模具;2000年06期

5 唐恒;界面結合強度的激光沖擊定量測定裝置[J];江蘇大學學報(自然科學版);2003年05期

6 謝頌京;張偉;;激光沖擊效果的影響因素及其發(fā)展趨勢[J];新技術新工藝;2006年10期

7 張興權;張永康;顧用玉;任旭東;;強激光沖擊鍛鋁薄板的實驗[J];華中科技大學學報(自然科學版);2007年S1期

8 馬壯;李應紅;張永康;任旭東;張凌峰;;激光沖擊處理對304不銹鋼力學性能的影響[J];材料熱處理學報;2007年03期

9 梁建民;楊賀來;鄒世坤;;葉片激光沖擊強化處理的過程監(jiān)測[J];新技術新工藝;2008年02期

10 陳瑞芳;桑毅;武敬偉;花銀群;蔡蘭;;7050鋁合金激光沖擊強化的試驗和數值模擬[J];江蘇大學學報(自然科學版);2009年02期

相關會議論文 前10條

1 吳先前;宋宏偉;魏延鵬;王曦;黃晨光;段祝平;;激光沖擊強化誘導的沖擊波壓力特征研究[A];第十屆全國沖擊動力學學術會議論文摘要集[C];2011年

2 阮亮;張文武;焦俊科;;激光沖擊強化研究現狀與發(fā)展[A];第15屆全國特種加工學術會議論文集（下）[C];2013年

3 鄒世坤;吳樹輝;曹子文;費群星;;激光沖擊處理焊接區(qū)在核反應堆上的應用[A];第13屆全國特種加工學術會議論文集[C];2009年

4 鄒世坤;曹子文;;鈦合金整體葉盤的激光沖擊強化[A];2009年先進光學技術及其應用研討會論文集（上冊）[C];2009年

5 汪誠;李應紅;馬壯;趙雙成;周鑫;;航空部件激光沖擊強化系統(tǒng)與工藝研究[A];大型飛機關鍵技術高層論壇暨中國航空學會2007年學術年會論文集[C];2007年

6 任旭東;張永康;周建忠;李國杰;;激光沖擊提高鈦合金機械性能研究[A];光子科技創(chuàng)新與產業(yè)化——長三角光子科技創(chuàng)新論壇暨2006年安徽博士科技論壇論文集[C];2006年

7 任旭東;張永康;馮愛新;張西良;;激光沖擊中殘余應力對鏈篦機零件裂紋的影響[A];2008全國功能材料科技與產業(yè)高層論壇論文集[C];2008年

8 胡永祥;姚振強;;基于高斯過程回歸的激光沖擊加工可靠建模方法研究[A];第15屆全國特種加工學術會議論文集（下）[C];2013年

9 羅龍錦;任志強;張宗林;;激光沖擊強化與噴丸提高不銹鋼疲勞性能對比研究[A];第十五屆中國科協(xié)年會第13分會場：航空發(fā)動機設計、制造與應用技術研討會論文集[C];2013年

10 聶祥樊;臧順來;何衛(wèi)鋒;;激光沖擊“殘余應力洞”敏感性分析與抑制方法研究[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

相關重要報紙文章 前4條

1 記者 張梅;首條激光沖擊強化生產線落戶航空基地[N];陜西日報;2008年

2 張梅;中國首條激光沖擊強化生產線在西安落戶[N];陜西科技報;2008年

3 陳軍;我國激光沖擊強化應用技術取得重大突破[N];中國高新技術產業(yè)導報;2009年

4 鄒世坤;激光沖擊強化：新一代抗疲勞表面強化技術[N];中國航空報;2013年

相關博士學位論文 前8條

1 魯金忠;激光沖擊強化鋁合金力學性能及微觀塑性變形機理研究[D];江蘇大學;2010年

2 蘇孺;基于X射線衍射技術的金屬材料受限形變行為研究[D];北京理工大學;2015年

3 鄭超;激光沖擊微成形工藝數值模擬及其實驗研究[D];山東大學;2011年

4 胡永祥;激光沖擊處理工藝過程數值建模與沖擊效應研究[D];上海交通大學;2008年

5 羅開玉;激光沖擊不銹鋼抗腐蝕性能及微觀強化機理研究[D];江蘇大學;2012年

6 車志剛;微尺度激光沖擊強化金屬靶材數值模擬與實驗研究[D];華中科技大學;2009年

7 丁華;金屬板料激光沖擊變形機理及鋁板校形研究[D];江蘇大學;2010年

8 葛茂忠;AZ31B變形鎂合金及其焊接件激光沖擊處理研究[D];江蘇大學;2013年

相關碩士學位論文 前10條

1 殷開婷;激光沖擊微細塑性成形工藝研究[D];江蘇科技大學;2015年

2 黃婉婉;稠油熱采智能轉換接頭設計及抗腐蝕性能研究[D];江蘇大學;2016年

3 李振;基于激光沖擊的鈦合金小孔構件殘余應力分布及疲勞性能研究[D];江蘇大學;2016年

4 宣婷;激光沖擊表面微造型的理論和實驗研究[D];江蘇大學;2016年

5 邵偉;激光沖擊強化對AZ80鎂合金微觀組織和電化學腐蝕的影響[D];江蘇大學;2016年

6 徐士東;GH2036合金激光沖擊晶粒細化及耐腐蝕性能優(yōu)化研究[D];江蘇大學;2016年

7 鮑士喜;耐熱馬氏體不銹鋼ЭП866激光沖擊強化組織與性能研究[D];江蘇大學;2016年

8 邢佳;鎂合金激光沖擊植入納米SiC顆粒工藝與性能研究[D];江蘇大學;2016年

9 王長雨;壓鑄鎂合金雙面激光沖擊強化殘余應力和拉伸性能研究[D];江蘇大學;2016年

10 杜金星;基于激光沖擊強化的擠壓模具延壽方法及機理研究[D];江蘇大學;2016年

，

本文編號：1990373