激光沖擊能量對鋁合金小孔件應力分布及疲勞壽命影響的研究.pdf

1、孔結(jié)構(gòu)是飛機機身上數(shù)量眾多但卻極易產(chǎn)生疲勞破壞的結(jié)構(gòu)之一，激光沖擊強化在一定程度上能有效提高孔結(jié)構(gòu)零部件的疲勞壽命。傳統(tǒng)觀點往往認為小孔件的疲勞壽命與單位面積上的激光沖擊能量呈正比，因而對小孔件疲勞壽命與激光沖擊能量間的對應關(guān)系展開研究，從而提高小孔構(gòu)件的抗疲勞性能，并為工程實踐奠定基礎(chǔ)，具有重要的理論意義和工程價值。
　　本文通過理論分析、仿真模擬及試驗的方法，研究了激光沖擊能量對鋁合金小孔件應力分布及疲勞壽命的影響。本文的主要

2、研究工作及成果如下：
　　（1）從理論上論述了激光沖擊作用下殘余壓應力產(chǎn)生的機理及殘余壓應力對裂紋擴展的抑制作用。分析了小孔件在沖擊能量下表層及孔壁內(nèi)部的殘余應力分布特點，并根據(jù)應力分布特點推斷了隨著單位面積上沖擊能量的增大，小孔件的疲勞壽命有先增大后減小過程。
　?。?）利用ABAQUS有限元分析軟件模擬了激光沖擊能量對小孔件應力分布的影響。結(jié)果顯示，從小孔件表面應力分布看，隨著單位面積上沖擊能量的增大，材料表面殘余壓應力

3、逐漸增大并達到飽和；從孔壁應力分布看，隨著單位面積上沖擊能量的增大，殘余壓應力的深度有所增加，但這一過程中孔壁中心處的殘余拉應力卻急劇增大。
　?。?）對經(jīng)功率密度為2.8GW/cm2、5.7GW/cm2及8.5GW/cm2強化后的鋁合金小孔件進行高頻疲勞拉伸試驗，結(jié)果顯示，試樣的平均疲勞壽命分別可提高62.1％、168.3%及47.3%。即隨著功率密度的增大，試樣的疲勞壽命先增大后減小，這與不同沖擊能量下孔壁的殘余應力分布規(guī)律一

4、致。
　?。?）從宏觀形貌圖中可以看出，經(jīng)激光沖擊強化后，斷口上疲勞裂紋源由孔角轉(zhuǎn)移至內(nèi)部孔壁，且隨著單位面積上激光沖擊能量的增大，孔壁上的疲勞裂紋源由帶狀分布逐漸壓縮至試樣厚度的中點，且從仿真中可以得出，該點處的殘余拉應力最大。
　?。?）從微觀形貌圖中可以看出，經(jīng)激光沖擊強化后，斷口上疲勞條帶間距較未強化時均有所減少，且隨著單位面積上激光沖擊能量的增大，相應斷口上疲勞條帶間距變化呈先減小后增大趨勢。即當激光功率密度為5.