本文關(guān)鍵詞：激光沖擊強(qiáng)化TC4薄板及其抗外物損傷性能研究　出處：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片在飛機(jī)起飛與降落階段易發(fā)生外物損傷(Foreign Object Damage,FOD),致使其葉片前緣受損,產(chǎn)生裂紋,從而嚴(yán)重削弱壓氣機(jī)葉片高周疲勞性能。激光沖擊強(qiáng)化作為一項(xiàng)先進(jìn)的表面強(qiáng)化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于葉片的抗疲勞制造,其引入的殘余壓應(yīng)力可以有效緩解外物損傷造成的應(yīng)力集中,且能在材料表面形成硬化層和晶粒細(xì)化組織,從而有效抑制疲勞裂紋擴(kuò)展,延長(zhǎng)外物損傷后葉片材料的疲勞壽命。本文以壓氣機(jī)葉片常用材料TC4鈦合金作為研究與分析對(duì)象,采用試驗(yàn)與模擬相結(jié)合的方法,基于薄板試樣的激光沖擊強(qiáng)化機(jī)理探討激光沖擊強(qiáng)化對(duì)外物損傷后薄板試樣疲勞性能的影響規(guī)律,主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:(1)研究了不同激光沖擊次數(shù)和沖擊方式對(duì)材料表面粗糙度、顯微硬度和殘余應(yīng)力分布的影響。相比于傳統(tǒng)表面強(qiáng)化技術(shù),激光沖擊強(qiáng)化對(duì)材料表面粗糙度影響較小;表面顯微硬度隨激光沖擊的增加而增加,沖擊3次后,表面顯微硬度達(dá)到最大值并飽和;沖擊方式對(duì)材料內(nèi)部殘余應(yīng)力分布有著較大的影響,單面激光沖擊后,殘余壓應(yīng)力影響層深度最高可達(dá)1000μm,雙面間隔沖擊形成的殘余應(yīng)力分布具有明顯的不對(duì)稱性,先強(qiáng)化表面的殘余壓應(yīng)力值要低于后強(qiáng)化表面的殘余壓應(yīng)力值。(2)研究了激光沖擊對(duì)TC4鈦合金微觀組織的影響,并建立了微觀組織變化與宏觀力學(xué)性能變化之間的聯(lián)系。結(jié)果表明,激光沖擊后,晶粒細(xì)化機(jī)制以位錯(cuò)滑移與孿晶分割細(xì)化機(jī)制為主,多次激光沖擊后,材料表層有納米晶組織產(chǎn)生;微觀組織沿截面的梯度變化決定了材料沿截面方向宏觀力學(xué)性能的變化。(3)對(duì)典型的外物損傷形貌特征進(jìn)行了表征,并測(cè)試了激光沖擊強(qiáng)化前后試樣的高周疲勞性能。研究結(jié)果表明,典型的損傷形貌特征包括塑性變形、剪切撕裂、材料丟失、微小缺口以及微裂紋等;缺口對(duì)試樣高周疲勞性能影響明顯,單次激光沖擊后,試樣的高周疲勞強(qiáng)度提升達(dá)20.5%。(4)利用ABAQUS軟件模擬了激光沖擊過程與外物損傷過程,表明JohnsonCook(J-C)模型能較準(zhǔn)確適用于超高應(yīng)變率變形條件下的動(dòng)態(tài)過程模擬;激光雙面同時(shí)沖擊形成的殘余應(yīng)力場(chǎng)分布相比于雙面間隔沖擊具有更好的對(duì)稱性,呈“M”型分布,試樣中平面區(qū)域?yàn)闅堄鄩簯?yīng)力;損傷缺口底部及上表面形成了較高幅值的殘余拉應(yīng)力;強(qiáng)化后試樣缺口附近的殘余應(yīng)力出現(xiàn)了應(yīng)力重分布,激光沖擊誘導(dǎo)產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力能夠有效平衡外物損傷形成的拉應(yīng)力值,改善了損傷試樣疲勞性能。
【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】：2017
【分類號(hào)】：TG665

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1332911