鋁合金激光沖擊小孔強(qiáng)化抗疲勞研究.pdf

1、緊固孔是飛機(jī)構(gòu)件上典型的應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié),在交變載荷作用下極易產(chǎn)生疲勞裂紋,造成疲勞斷裂。激光沖擊強(qiáng)化(LSP)是一種基于沖擊波力效應(yīng)的非傳統(tǒng)抗疲勞制造技術(shù),可使材料產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力、晶粒細(xì)化以及高密度位錯(cuò)等,對其疲勞性能的提高具有明顯效果,已越來越受到重視。
　　 本文采用激光沖擊強(qiáng)化技術(shù),對小孔激光沖擊強(qiáng)化工藝方法進(jìn)行了對比分析,采用強(qiáng)化效果更好的先激光沖擊后開孔的工藝方法。通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬分析研究了不同激光沖擊工藝下小孔區(qū)

2、域的殘余應(yīng)力場及其疲勞性能,并對疲勞斷口進(jìn)行了相應(yīng)分析,主要工作如下:
　　 以ABAQUS與MSC.Fatigue軟件為平臺,制定了小孔強(qiáng)化數(shù)值模擬總體思路,建立起激光沖擊參數(shù)-殘余應(yīng)力-疲勞特性之間的數(shù)字化分析方法。
　　 以高幅沖擊波加載下金屬材料力學(xué)響應(yīng)和小孔受力分析為基礎(chǔ),對單光斑激光沖擊工藝參數(shù)進(jìn)行了理論分析,提出了激光沖擊參數(shù)的優(yōu)化區(qū)域；以功率密度、脈沖寬度、沖擊次數(shù)和雙面沖擊為研究對象,系統(tǒng)分析在其單獨(dú)改

3、變時(shí)對殘余應(yīng)力場的影響,并對激光沖擊后的試件進(jìn)行了疲勞數(shù)值分析,為小孔激光沖擊強(qiáng)化殘余應(yīng)力控制和疲勞性能研究提供了指導(dǎo)。
　　 采用小光斑激光搭接沖擊強(qiáng)化技術(shù),仿真分析了試樣丌孔前后殘余應(yīng)力場和沖擊前后的疲勞性能。結(jié)果表明:小光斑搭接沖擊處理能明顯提高試樣的疲勞壽命,經(jīng)激光沖擊處理后試件疲勞壽命值與未沖擊處理試件疲勞壽命的比值隨平均應(yīng)力水平的增加而減小。
　　 采用優(yōu)化工藝參數(shù)對7050T7451鋁合會疲勞試件進(jìn)行了激光

4、沖擊強(qiáng)化處理,并進(jìn)行了疲勞試驗(yàn),結(jié)果表明,激光沖擊強(qiáng)化顯著提高了鋁合金的疲勞壽命,在疲勞平均應(yīng)力96.9Mpa時(shí),經(jīng)激光沖擊處理后試件疲勞壽命值是未經(jīng)激光沖擊處理試件的9.32倍。疲勞斷口觀察表明,對于未沖擊試樣,疲勞源出現(xiàn)于小孔邊緣附近,裂紋擴(kuò)展呈放射狀；而對于單面激光沖擊處理試樣,疲勞源出現(xiàn)在試樣未沖擊面的小孔邊緣附近,裂紋擴(kuò)展呈弧線狀。斷口表面粗糙度研究表明,沿裂紋擴(kuò)展方向距疲勞源距離的增加,斷口粗糙度逐漸變大；在同一載荷水平下,