激光作用下鋁合金小孔件殘余應(yīng)力與疲勞斷口特性研究.pdf

1、孔結(jié)構(gòu)往往是零件上應(yīng)力集中的典型部位，在交變循環(huán)載荷的作用下容易萌生疲勞裂紋，最終使零件發(fā)生斷裂失效。因此，零件上的孔結(jié)構(gòu)急需進行有效的強化。相對于傳統(tǒng)的小孔強化方法，激光沖擊強化具有諸多優(yōu)勢，能大幅提高小孔件的抗疲勞特性，最終達(dá)到強化目的。但其中仍有很多問題亟待解決，比如，選擇合適的激光沖擊參數(shù)使鋁合金小孔件疲勞斷口上的疲勞裂紋源避開零件上原有的薄弱環(huán)節(jié)，進而提高強化效果。
　　本文通過數(shù)值模擬與試驗分析相結(jié)合的方法，研究705

2、0-T7451鋁合金小孔件激光沖擊后的應(yīng)力分布對疲勞裂紋源的影響。通過引入應(yīng)力強度因子的相關(guān)理論，橋接鋁合金小孔件的殘余應(yīng)力分布與疲勞裂紋源之間的關(guān)系，主要的工作如下:
　　(1)對激光沖擊后小孔件疲勞壽命的提高進行了理論分析，從應(yīng)力場的角度出發(fā)，以激光沖擊強化后的應(yīng)力強度因子為切入點，對鋁合金小孔件疲勞壽命提高的深層原因進行了探索，結(jié)果表明:激光沖擊強化在小孔件表面產(chǎn)生一定的殘余壓應(yīng)力，能有效的降低小孔件孔角位置實際的應(yīng)力強度因

3、子;
　　(2)通過有限元分析軟件ABAQUS分析了不同激光參數(shù)下孔壁上的應(yīng)力分布，得到激光沖擊參數(shù)與孔壁上應(yīng)力峰、拉應(yīng)力區(qū)間寬度與位置的一般規(guī)律，結(jié)果表明:增加激光沖擊層數(shù)與峰值壓力均會使孔壁中部殘余拉應(yīng)力區(qū)間的寬度減小，孔壁上的應(yīng)力峰是激光參數(shù)與試樣厚度的綜合結(jié)果;
　　(3)對典型激光參數(shù)強化后7050-T7451鋁合金小孔件的疲勞斷口進行宏觀分析，以試驗的方法研究不同激光參數(shù)對孔壁上疲勞裂紋源與“疲勞源群”的位置的影

4、響，并與雙聯(lián)試樣未處理端的疲勞斷口進行對比分析，試驗結(jié)果表明:激光沖擊強化能有效抑制鋁合金小孔件孔角位置疲勞裂紋源的萌生，促使小孔件孔角位置的疲勞裂紋源內(nèi)移至孔壁中部，且原先孔角位置的點狀疲勞源經(jīng)激光沖擊后演變?yōu)椤捌谠慈骸保捌谠慈骸钡膶挾扰c激光沖擊參數(shù)密切相關(guān)，增大強化能量與強化層數(shù)均可減小“疲勞源群“的寬度;
　　(4)對強化后7050-T7451鋁合金小孔件的疲勞斷口進行了微觀分析，對同一7050-T7451鋁合金雙聯(lián)試

5、樣的沖擊端與未沖擊端疲勞斷口進行對比發(fā)現(xiàn):鋁合金小孔件沖擊端斷口的裂紋萌生區(qū)裂紋擴展路徑更為曲折，裂紋穩(wěn)定擴展中期的疲勞條帶間距僅為未處理端相同位置的27.8％，裂紋穩(wěn)定擴展后期的疲勞條帶間距僅為未處理端相同位置的54.8％。
　　對激光沖擊參數(shù)—殘余應(yīng)力—疲勞裂紋源位置三者之間的關(guān)系進行分析，有助于理解激光沖擊強化鋁合金小孔件疲勞裂紋源的分布特性，激光沖擊參數(shù)的改變誘使鋁合金小孔件內(nèi)部殘余應(yīng)力的改變，在疲勞斷口上最直接的反映就是