基于激光沖擊的鋁合金結構圓角強化殘余應力分布及疲勞研究.pdf

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

2、應力強度因子的影響。
　　2)建立了基于ABAQUS分析軟件的7050-T7451鋁合金圓角構件仿真模型，解決了分析中的一些關鍵技術;采用分析軟件，對載荷半高寬、峰值壓力、沖擊層數三個因素分析圓角構件殘余應力場的影響規(guī)律進行了研究。結果表明，隨著載荷半高寬的增大，強化曲面的軸向、周向、徑向的殘余應力均增大，但增加幅度逐漸減小;隨著峰值壓力增大，激光沖擊區(qū)域范圍內試樣表面的殘余應力增大，對未沖擊區(qū)域的影響范圍擴大;當峰值壓力較大時，

3、增加沖擊層數使曲面區(qū)域軸向、周向的殘余應力逐漸增大現象更為明顯;載荷半高寬與峰值壓力對應力分布的影響密切相關，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力分布;以上三個因素對曲面結構的應力分布影響存在相互協(xié)同的關系，在工藝參數選擇時要兼顧考慮。
　　3)在不同工藝參數下，對7050-T7451鋁合金圓角構件進行激光沖擊強化試驗及疲勞試驗。結果表明:圓角半徑為3 mm(R3)試樣，優(yōu)化后的激光功率密度參數沖擊強化

4、后疲勞壽命是強化前的2倍左右，采用較小的激光功率密度其疲勞增益降低;隨沖擊層數的增加，疲勞壽命增加，沖擊兩層后疲勞壽命是強化前的2倍左右，而經一層沖擊強化后疲勞壽命是強化前的1倍左右;在相同的激光沖擊工藝參數條件下，較高的加載應力水平，其激光沖擊強化效應呈下降趨勢。
　　4)對比分析激光沖擊前后疲勞斷口形貌特征，并引入應力強度因子的概念探討了激光沖擊強化后圓角構件在外載作用下裂紋擴展的機理。研究表明，未強化端疲勞裂紋源較多，每個裂