本文關(guān)鍵詞：激光沖擊鈦合金薄壁件的強化與變形研究

  更多相關(guān)文章： 激光沖擊強化 鈦合金 殘余應(yīng)力 有限元分析 支持向量機

【摘要】：激光沖擊強化技術(shù)是一種新型的材料表面強化技術(shù)，在航空航天、精密加工制造、汽車制造、船舶制造等領(lǐng)域擁有廣闊前景。鈦合金是當前應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域最多的材料之一，使用激光沖擊強化技術(shù)對鈦合金材料的表面進行強化處理，改善鈦合金材料的力學性能，使之適應(yīng)于各種條件下的服役環(huán)境。本文分析了國內(nèi)外有關(guān)激光沖擊強化技術(shù)的研究，結(jié)合實驗和有限元數(shù)值模擬，對激光沖擊強化鈦合金薄壁件產(chǎn)生的殘余應(yīng)力場和塑性變形進行研究和預(yù)測，主要研究內(nèi)容與成果如下： 1.激光沖擊強化的基本理論分析�；诩す鉀_擊強化的物理過程，分析非約束模型和約束模型下的激光沖擊波壓力估算公式。分析激光沖擊強化材料后殘余應(yīng)力場和塑性變形的產(chǎn)生機理。 2.基于約束模型下的激光沖擊波壓力換算公式，以ABAQUS軟件為平臺，以動力學分析和靜力學分析相互迭代的模擬方法，完成了對激光沖擊強化鈦合金薄壁件的有限元模擬，并對所得數(shù)據(jù)進行處理，，探討了激光沖擊工藝參數(shù)和沖擊方案對材料沖擊效果的影響。結(jié)合激光沖擊強化的工程應(yīng)用，根據(jù)實際加工中的工況特點，對航空發(fā)動機葉片的模型進行了激光沖擊強化的有限元仿真，對葉片沖擊后的殘余應(yīng)力場分布和塑性變形情況進行了預(yù)測，為發(fā)動機葉片生產(chǎn)中的變形控制工作提供一定的理論依據(jù)。 3.對激光沖擊強化過程進行了實驗研究，主要對激光功率密度和沖擊次數(shù)進行了多因素實驗研究。利用X射線衍射法測試了激光沖擊后材料表面的殘余應(yīng)力。實驗結(jié)果表明，激光沖擊技術(shù)可以使TC4鈦合金薄壁件表面產(chǎn)生較大幅度的殘余壓應(yīng)力和塑性變形，從而延長材料的使用壽命。研究證明對沖擊后的試樣進行了殘余應(yīng)力測試，對比實驗測試值和數(shù)值模擬仿真值的結(jié)果，數(shù)據(jù)較為接近，證明數(shù)值模擬方法對激光沖擊過程的仿真是可行的。 4.為了提高對激光沖擊強化產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和塑性變形的預(yù)測效率，考慮到有限元分析方法的復(fù)雜性，本文提出了基于支持向量機-粒子群優(yōu)化結(jié)合算法（SVM-PSO）的激光沖擊殘余應(yīng)力及塑性變形的預(yù)測方法。采用數(shù)值模擬過程所得數(shù)據(jù)中的72組樣本進行訓練，建立激光沖擊強化殘余應(yīng)力和塑性變形預(yù)測模型。采用數(shù)值模擬數(shù)據(jù)中的36組樣本進行驗證，驗證結(jié)果表明使用SVM-PSO結(jié)合算法能夠?qū)す鉀_擊強化產(chǎn)生的殘余應(yīng)力及塑性變形進行有效預(yù)測。
【關(guān)鍵詞】：激光沖擊強化 鈦合金 殘余應(yīng)力 有限元分析 支持向量機
【學位授予單位】：天津職業(yè)技術(shù)師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG665
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 激光沖擊強化技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 激光沖擊波壓力模型10
• 1.2.2 激光沖擊強化實驗10-11
• 1.2.3 激光沖擊強化技術(shù)的工程應(yīng)用11-12
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容12-13
• 第2章 薄壁件激光沖擊強化的理論分析13-20
• 2.1 激光沖擊強化的物理過程13
• 2.2 激光沖擊波的形成13-14
• 2.3 激光沖擊波壓力的估算14-17
• 2.3.1 非約束模型下的激光沖擊波壓力的估算14-15
• 2.3.2 約束模型下的激光沖擊波壓力的估算15-17
• 2.4 殘余應(yīng)力場及塑性變形的產(chǎn)生機理17-19
• 2.4.1 殘余應(yīng)力場的產(chǎn)生17
• 2.4.2 激光沖擊金屬材料殘余應(yīng)力場及塑性變形的產(chǎn)生17-19
• 2.5 本章小結(jié)19-20
• 第3章 激光沖擊強化 TC4 鈦合金薄壁件的數(shù)值模擬20-40
• 3.1 激光沖擊強化數(shù)值模擬流程20
• 3.2 模擬過程中關(guān)鍵問題的解決20-24
• 3.2.1 仿真模型的建立20-21
• 3.2.2 幾何模型的建立21
• 3.2.3 網(wǎng)格的劃分和單元類型的選擇21-22
• 3.2.4 材料的本構(gòu)模型22-23
• 3.2.5 激光沖擊波壓力的加載23-24
• 3.3 單點激光沖擊鈦合金薄壁件的數(shù)值模擬24-31
• 3.3.1 沖擊波在靶材內(nèi)部的傳播24-26
• 3.3.2 殘余應(yīng)力場的分析26-28
• 3.3.3 表面形貌的分析28-29
• 3.3.4 激光沖擊參數(shù)對強化效果的影響29-31
• 3.4 多點激光沖擊鈦合金薄壁件的數(shù)值模擬31-35
• 3.4.1 多點搭接激光沖擊的數(shù)值模擬31-34
• 3.4.2 有限面積上的多重疊激光沖擊的數(shù)值模擬34-35
• 3.5 激光沖擊發(fā)動機葉片的強化和變形效果預(yù)測35-39
• 3.5.1 葉片模型的建立及邊界條件的設(shè)置36-37
• 3.5.2 沖擊載荷的設(shè)定37
• 3.5.3 模擬結(jié)果分析37-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第4章 激光沖擊強化 TC4 鈦合金薄壁件實驗研究40-49
• 4.1 實驗材料及設(shè)備的準備40-42
• 4.2 單點/多點多次激光沖擊實驗42-43
• 4.3 殘余應(yīng)力測試43-46
• 4.3.1 殘余應(yīng)力的測試設(shè)備43-44
• 4.3.2 測試原理介紹44-45
• 4.3.3 測試方案及測試結(jié)果45-46
• 4.4 殘余應(yīng)力的實驗測試值與仿真值的對比46-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第5章 支持向量機-粒子群結(jié)合算法的殘余應(yīng)力場及變形預(yù)測49-58
• 5.1 支持向量機算法簡介49
• 5.2 粒子群算法簡介49-50
• 5.3 基于 SVM-PSO 結(jié)合算法的激光沖擊殘余應(yīng)力和塑性變形預(yù)測50-56
• 5.4 本章小結(jié)56-58
• 第6章 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 全文總結(jié)58-59
• 6.2 前景展望59-60
• 參考文獻60-63
• 致謝63-64
• 申請學位期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文64

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 孔德軍;張永康;魯金忠;鄒世坤;;激光沖擊處理后Ni基高溫合金的性能[J];材料研究學報;2006年05期

2 顧援,王勇剛,毛楚生,倪元龍,吳逢春,馬民勛;用激光驅(qū)動沖擊波測量高壓狀態(tài)方程的初步實驗[J];高壓物理學報;1988年02期

3 張興權(quán);張永康;周建忠;顧永玉;;窄條激光噴丸成形有限元分析[J];航空學報;2009年04期

4 胡永祥;姚振強;胡俊;;激光沖擊強化殘余應(yīng)力場的數(shù)值仿真分析[J];中國激光;2006年06期

5 吳敏;丁雷;曹衛(wèi)華;徐辰華;;一種克服粒子群早熟的混合優(yōu)化算法[J];控制與決策;2008年05期

6 周益春，段祝平，解伯民;強激光破壞機制研究進展[J];力學與實踐;1995年01期

7 劉丹;;超短強脈沖激光與材料相互作用雙溫模型的研究[J];湖北第二師范學院學報;2011年02期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 樊玉杰;激光微噴丸強化的壓力模型及沖擊效應(yīng)研究[D];江蘇大學;2011年

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

本文編號：548039