發(fā)布時(shí)間：2017-05-17 13:17

  本文關(guān)鍵詞：基于激光沖擊的鈦合金小孔構(gòu)件殘余應(yīng)力分布及疲勞性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：孔結(jié)構(gòu)往往是金屬零部件上的應(yīng)力集中環(huán)節(jié),在外載荷的作用下孔角處極易萌生疲勞裂紋源,進(jìn)而發(fā)生斷裂,因此需要對(duì)孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化處理。與傳統(tǒng)的強(qiáng)化方式相比,激光沖擊可以大幅度提高小孔構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度,在提高金屬材料疲勞壽命方面具有重要的作用。然而,針對(duì)在不同的應(yīng)力水平下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)時(shí),激光沖擊后小孔構(gòu)件的疲勞性能仍需進(jìn)行一步研究。本文采用數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究激光沖擊對(duì)TC4-DT鈦合金小孔構(gòu)件殘余應(yīng)力場(chǎng)分布及疲勞壽命的影響,并從斷裂力學(xué)的角度入手,探索應(yīng)力水平對(duì)強(qiáng)化后小孔構(gòu)件疲勞損傷機(jī)制的影響。本文的主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)對(duì)激光沖擊能夠提高小孔構(gòu)件疲勞性能的作用機(jī)制進(jìn)行了理論分析,從殘余應(yīng)力場(chǎng)的角度出發(fā),對(duì)小孔構(gòu)件疲勞壽命提高的深層原因進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:激光沖擊誘導(dǎo)的殘余壓應(yīng)力能夠有效地降低小孔構(gòu)件孔角處的應(yīng)力強(qiáng)度因子幅以及裂紋張開的可能性,并且殘余壓應(yīng)力的產(chǎn)生使得小孔構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度得以提高;(2)以ABAQUS有限元分析軟件為平臺(tái),研究小孔構(gòu)件經(jīng)不同激光參數(shù)沖擊后殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律。仿真結(jié)果表明,激光沖擊層數(shù)、峰值壓力以及激光脈寬的增大均可以有效地增加殘余壓應(yīng)力影響層深度。以上三個(gè)因素在小孔構(gòu)件的殘余應(yīng)力分布方面存在著相互協(xié)同的關(guān)系,在實(shí)際的激光沖擊試驗(yàn)中需要兼顧考慮它們之間的關(guān)系。(3)對(duì)3mm厚度的TC4-DT鈦合金小孔構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化試驗(yàn),并且在不同的應(yīng)力水平下對(duì)其進(jìn)行疲勞拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,激光沖擊后試樣的疲勞壽命得到顯著地提高。但是疲勞試驗(yàn)中應(yīng)力水平的不同,對(duì)強(qiáng)化前后雙聯(lián)試樣的疲勞壽命產(chǎn)生一定的影響,隨著應(yīng)力水平的增大,激光沖擊前后試樣的疲勞壽命均出現(xiàn)下降的趨勢(shì),并且激光沖擊后試樣的疲勞壽命增益也出現(xiàn)下降趨勢(shì)。(4)通過對(duì)疲勞斷口的微觀形貌分析發(fā)現(xiàn):試樣未強(qiáng)化端斷口上疲勞源出現(xiàn)在孔角處,在低應(yīng)力水平下試樣強(qiáng)化端斷口上的疲勞源出現(xiàn)在孔壁中間部位,而在高應(yīng)力水平下,試樣強(qiáng)化端斷口的孔壁方向上出現(xiàn)兩個(gè)疲勞源;激光沖擊能夠有效地減小疲勞條帶之間的間距。并且在應(yīng)力水平不同的情況下,相同測(cè)量位置處激光強(qiáng)化端與未強(qiáng)化端斷口上疲勞條帶間距的比值也會(huì)有所差異,隨著應(yīng)力水平的增加,疲勞條帶間距的比值不斷增大,即裂紋擴(kuò)展速率的比值不斷增大。本文采用數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的方法,研究了激光沖擊對(duì)小孔構(gòu)件疲勞性能的影響,得到以下結(jié)論:選擇合理的激光沖擊參數(shù)可以有效地提高小孔構(gòu)件的疲勞壽命;在不同的應(yīng)力水平下,小孔構(gòu)件的疲勞壽命會(huì)有所不同,并且強(qiáng)化后試樣疲勞壽命提高的幅度也會(huì)出現(xiàn)差異。研究小孔構(gòu)件在不同應(yīng)力水平下的疲勞行為,對(duì)于提高鈦合金小孔件的抗疲勞性能具有重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：激光沖擊強(qiáng)化 應(yīng)力水平 TC4-DT鈦合金小孔構(gòu)件 殘余應(yīng)力場(chǎng) 疲勞壽命
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG665
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)11-15
• 1.2.1 激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的原理及特點(diǎn)11-12
• 1.2.2 激光沖擊強(qiáng)化小孔構(gòu)件的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 金屬疲勞損傷機(jī)制研究15-17
• 1.4 本文的研究意義及主要內(nèi)容17-19
• 1.4.1 選題目的與研究意義17-18
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容18-19
• 第二章 激光沖擊強(qiáng)化理論分析與小孔構(gòu)件的疲勞壽命19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 激光沖擊波加載下的殘余應(yīng)力19-22
• 2.2.1 激光沖擊波的約束模型19-20
• 2.2.2 激光沖擊波作用下殘余應(yīng)力的形成20-22
• 2.3 激光沖擊強(qiáng)化誘導(dǎo)殘余應(yīng)力場(chǎng)與外載荷的相互作用22-27
• 2.3.1 影響疲勞壽命的因素22-25
• 2.3.2 激光沖擊提高金屬材料疲勞性能的作用及機(jī)制25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 第三章 激光沖擊鈦合金小孔構(gòu)件殘余應(yīng)力場(chǎng)的仿真分析29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 小孔激光沖擊強(qiáng)化數(shù)值模擬方法及關(guān)鍵問題的處理29-35
• 3.2.1 有限元分析方法29-30
• 3.2.2 ABAQUS數(shù)值模擬中關(guān)鍵問題的說明30-35
• 3.3 激光沖擊對(duì)鈦合金小孔構(gòu)件殘余應(yīng)力分布的影響35-43
• 3.3.1 激光沖擊層數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響35-38
• 3.3.2 激光脈寬對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響38-41
• 3.3.3 峰值壓力殘余應(yīng)力分布的影響41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 小孔構(gòu)件激光沖擊強(qiáng)化試驗(yàn)與疲勞性能44-63
• 4.1 引言44
• 4.2 試驗(yàn)設(shè)備44-47
• 4.2.1 激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備44-45
• 4.2.2 試樣的制備45
• 4.2.3 激光沖擊后試樣的開孔45-46
• 4.2.4 雙聯(lián)試樣的疲勞拉伸試驗(yàn)46-47
• 4.3 激光沖擊強(qiáng)化試驗(yàn)47-48
• 4.4 疲勞試驗(yàn)結(jié)果與分析48-49
• 4.5 疲勞斷口微觀形貌分析49-59
• 4.6 疲勞裂紋擴(kuò)展理論分析59-61
• 4.6.1 疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律59-60
• 4.6.2 激光沖擊對(duì)裂紋擴(kuò)展速率的影響60-61
• 4.7 本章小結(jié)61-63
• 第五章 總結(jié)與期望63-65
• 5.1 總結(jié)63-64
• 5.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 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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