本文關(guān)鍵詞：激光沖擊能量對鋁合金小孔件應(yīng)力分布及疲勞壽命影響的研究

  更多相關(guān)文章： 激光沖擊 小孔構(gòu)件 沖擊能量 殘余應(yīng)力場 疲勞壽命

【摘要】：孔結(jié)構(gòu)是飛機(jī)機(jī)身上數(shù)量眾多但卻極易產(chǎn)生疲勞破壞的結(jié)構(gòu)之一,激光沖擊強(qiáng)化在一定程度上能有效提高孔結(jié)構(gòu)零部件的疲勞壽命。傳統(tǒng)觀點(diǎn)往往認(rèn)為小孔件的疲勞壽命與單位面積上的激光沖擊能量呈正比,因而對小孔件疲勞壽命與激光沖擊能量間的對應(yīng)關(guān)系展開研究,從而提高小孔構(gòu)件的抗疲勞性能,并為工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ),具有重要的理論意義和工程價值。本文通過理論分析、仿真模擬及試驗(yàn)的方法,研究了激光沖擊能量對鋁合金小孔件應(yīng)力分布及疲勞壽命的影響。本文的主要研究工作及成果如下:(1)從理論上論述了激光沖擊作用下殘余壓應(yīng)力產(chǎn)生的機(jī)理及殘余壓應(yīng)力對裂紋擴(kuò)展的抑制作用。分析了小孔件在沖擊能量下表層及孔壁內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布特點(diǎn),并根據(jù)應(yīng)力分布特點(diǎn)推斷了隨著單位面積上沖擊能量的增大,小孔件的疲勞壽命有先增大后減小過程。(2)利用ABAQUS有限元分析軟件模擬了激光沖擊能量對小孔件應(yīng)力分布的影響。結(jié)果顯示,從小孔件表面應(yīng)力分布看,隨著單位面積上沖擊能量的增大,材料表面殘余壓應(yīng)力逐漸增大并達(dá)到飽和;從孔壁應(yīng)力分布看,隨著單位面積上沖擊能量的增大,殘余壓應(yīng)力的深度有所增加,但這一過程中孔壁中心處的殘余拉應(yīng)力卻急劇增大。(3)對經(jīng)功率密度為2.8GW/cm2、5.7GW/cm2及8.5GW/cm2強(qiáng)化后的鋁合金小孔件進(jìn)行高頻疲勞拉伸試驗(yàn),結(jié)果顯示,試樣的平均疲勞壽命分別可提高62.1%、168.3%及47.3%。即隨著功率密度的增大,試樣的疲勞壽命先增大后減小,這與不同沖擊能量下孔壁的殘余應(yīng)力分布規(guī)律一致。(4)從宏觀形貌圖中可以看出,經(jīng)激光沖擊強(qiáng)化后,斷口上疲勞裂紋源由孔角轉(zhuǎn)移至內(nèi)部孔壁,且隨著單位面積上激光沖擊能量的增大,孔壁上的疲勞裂紋源由帶狀分布逐漸壓縮至試樣厚度的中點(diǎn),且從仿真中可以得出,該點(diǎn)處的殘余拉應(yīng)力最大。(5)從微觀形貌圖中可以看出,經(jīng)激光沖擊強(qiáng)化后,斷口上疲勞條帶間距較未強(qiáng)化時均有所減少,且隨著單位面積上激光沖擊能量的增大,相應(yīng)斷口上疲勞條帶間距變化呈先減小后增大趨勢。即當(dāng)激光功率密度為5.7GW/cm2時,斷口上疲勞條帶間距變化最小,裂紋擴(kuò)展的速率最低,故試樣的疲勞壽命較高。從激光沖擊能量對小孔件應(yīng)力分布及疲勞壽命的研究中可以得出,合適的激光沖擊能量能在材料內(nèi)部誘導(dǎo)最佳狀態(tài)的殘余應(yīng)力場分布,且在這種應(yīng)力狀態(tài)下材料的疲勞壽命較大。因此,在工程實(shí)踐中選擇合適的沖擊能量至關(guān)重要。
【關(guān)鍵詞】：激光沖擊 小孔構(gòu)件 沖擊能量 殘余應(yīng)力場 疲勞壽命
【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】：2016
【分類號】：V261.8;V215.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 激光沖擊強(qiáng)化原理及特點(diǎn)11-12
• 1.3 激光沖擊強(qiáng)化研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3.1 小孔件激光沖擊強(qiáng)化研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3.2 激光沖擊能量對應(yīng)力分布及疲勞壽命影響的現(xiàn)狀分析15-16
• 1.4 本文選題意義及主要研究內(nèi)容16-18
• 1.4.1 選題意義16-17
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容17-18
• 第二章 激光沖擊對材料應(yīng)力分布與抗疲勞的理論分析18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 激光誘導(dǎo)等離子沖擊波的形成18-20
• 2.2.1 激光與材料相互作用18-19
• 2.2.2 材料表面等離子沖擊波的產(chǎn)生19-20
• 2.3 沖擊波作用下材料殘余應(yīng)力場的產(chǎn)生20-23
• 2.3.1 沖擊波作用下材料的塑性變形20-21
• 2.3.2 沖擊波作用下材料殘余應(yīng)力場的形成21-22
• 2.3.3 材料表面與深度方向殘余應(yīng)力大小分析22-23
• 2.4 殘余應(yīng)力場抑制裂紋擴(kuò)展特性研究23-27
• 2.4.1 材料的應(yīng)力強(qiáng)度因子及疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律23-25
• 2.4.2 殘余應(yīng)力場對應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響25-26
• 2.4.3 殘余應(yīng)力場對疲勞裂紋的抑制作用分析26-27
• 2.5 沖擊能量對小孔件殘余應(yīng)力分布及疲勞壽命的影響27-29
• 2.5.1 沖擊能量下小孔件殘余應(yīng)力場的分布特點(diǎn)27-28
• 2.5.2 沖擊能量對小孔件疲勞壽命影響的分析28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-31
• 第三章 沖擊能量對鋁合金小孔件應(yīng)力分布影響的數(shù)值模擬31-48
• 3.1 引言31
• 3.2 有限元模型的建立及仿真條件的設(shè)置31-36
• 3.2.1 模型尺寸及邊界條件的確定32-33
• 3.2.2 激光沖擊強(qiáng)化本構(gòu)模型的選擇33-34
• 3.2.3 網(wǎng)格劃分與開孔方式34-35
• 3.2.4 激光誘導(dǎo)壓力波的加載35-36
• 3.2.5 求解時間的設(shè)定36
• 3.3 不同激光沖擊能量對小孔件殘余應(yīng)力分布的影響36-47
• 3.3.1 單雙面強(qiáng)化對殘余應(yīng)力的影響37-38
• 3.3.2 強(qiáng)化范圍對殘余應(yīng)力的影響38-40
• 3.3.3 沖擊層數(shù)對殘余應(yīng)力的影響40-42
• 3.3.4 峰值壓力對殘余應(yīng)力的影響42-45
• 3.3.5 脈沖寬度對殘余應(yīng)力的影響45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 鋁合金小孔件激光沖擊強(qiáng)化驗(yàn)證試驗(yàn)48-61
• 4.1 引言48
• 4.2 試驗(yàn)設(shè)備及過程簡介48-51
• 4.2.1 激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備48-49
• 4.2.2 試樣的制備49
• 4.2.3 激光沖擊強(qiáng)化試驗(yàn)49-50
• 4.2.4 開孔設(shè)備及工藝50
• 4.2.5 疲勞拉伸試驗(yàn)50-51
• 4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析51-58
• 4.3.1 疲勞拉伸結(jié)果與數(shù)據(jù)分析51-53
• 4.3.2 試樣斷口宏觀形貌分析53-54
• 4.3.3 試樣斷口微觀形貌分析54-58
• 4.4 激光沖擊能量對鋁合金小孔件疲勞壽命影響原理分析58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第五章 總結(jié)與展望61-64
• 5.1 全文總結(jié)61-62
• 5.2 展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)科研情況及主要成果70

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