基于激光沖擊的鋁合金結(jié)構(gòu)圓角強(qiáng)化殘余應(yīng)力分布及疲勞研究.pdf

1、圓角結(jié)構(gòu)由于其存在應(yīng)力集中，在受載時更易產(chǎn)生疲勞裂紋源發(fā)生斷裂。相對于傳統(tǒng)的圓角結(jié)構(gòu)強(qiáng)化工藝，激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)可以顯著提高材料的硬度、強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等機(jī)械性能和使用壽命，極具研究價值。本文采用仿真與試驗相結(jié)合的方法，研究激光工藝參數(shù)對殘余應(yīng)力場及疲勞特性的影響，主要內(nèi)容如下:
　　1)研究了激光沖擊圓角構(gòu)件殘余應(yīng)力場的形成，對比分析了曲面結(jié)構(gòu)的伸縮效應(yīng)及其對殘余應(yīng)力的影響規(guī)律;研究分析了純外載與圓角結(jié)構(gòu)激光強(qiáng)化后殘余應(yīng)力相互作用對

2、應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。
　　2)建立了基于ABAQUS分析軟件的7050-T7451鋁合金圓角構(gòu)件仿真模型，解決了分析中的一些關(guān)鍵技術(shù);采用分析軟件，對載荷半高寬、峰值壓力、沖擊層數(shù)三個因素分析圓角構(gòu)件殘余應(yīng)力場的影響規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著載荷半高寬的增大，強(qiáng)化曲面的軸向、周向、徑向的殘余應(yīng)力均增大，但增加幅度逐漸減小;隨著峰值壓力增大，激光沖擊區(qū)域范圍內(nèi)試樣表面的殘余應(yīng)力增大，對未沖擊區(qū)域的影響范圍擴(kuò)大;當(dāng)峰值壓力較大時，

3、增加沖擊層數(shù)使曲面區(qū)域軸向、周向的殘余應(yīng)力逐漸增大現(xiàn)象更為明顯;載荷半高寬與峰值壓力對應(yīng)力分布的影響密切相關(guān)，且二者都存在一個合適的范圍，無論過大或過小都不利于形成合理的應(yīng)力分布;以上三個因素對曲面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布影響存在相互協(xié)同的關(guān)系，在工藝參數(shù)選擇時要兼顧考慮。
　　3)在不同工藝參數(shù)下，對7050-T7451鋁合金圓角構(gòu)件進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化試驗及疲勞試驗。結(jié)果表明:圓角半徑為3 mm(R3)試樣，優(yōu)化后的激光功率密度參數(shù)沖擊強(qiáng)化

4、后疲勞壽命是強(qiáng)化前的2倍左右，采用較小的激光功率密度其疲勞增益降低;隨沖擊層數(shù)的增加，疲勞壽命增加，沖擊兩層后疲勞壽命是強(qiáng)化前的2倍左右，而經(jīng)一層沖擊強(qiáng)化后疲勞壽命是強(qiáng)化前的1倍左右;在相同的激光沖擊工藝參數(shù)條件下，較高的加載應(yīng)力水平，其激光沖擊強(qiáng)化效應(yīng)呈下降趨勢。
　　4)對比分析激光沖擊前后疲勞斷口形貌特征，并引入應(yīng)力強(qiáng)度因子的概念探討了激光沖擊強(qiáng)化后圓角構(gòu)件在外載作用下裂紋擴(kuò)展的機(jī)理。研究表明，未強(qiáng)化端疲勞裂紋源較多，每個裂