激光沖擊能量對(duì)鋁合金小孔件應(yīng)力分布及疲勞壽命影響的研究.pdf

1、孔結(jié)構(gòu)是飛機(jī)機(jī)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(qiáng)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(guān)點(diǎn)往往認(rèn)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(duì)小孔件疲勞壽命與激光沖擊能量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系展開(kāi)研究，從而提高小孔構(gòu)件的抗疲勞性能，并為工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)，具有重要的理論意義和工程價(jià)值。
　　本文通過(guò)理論分析、仿真模擬及試驗(yàn)的方法，研究了激光沖擊能量對(duì)鋁合金小孔件應(yīng)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：
　?。?）從理論上論述了激光沖擊作用下殘余壓應(yīng)力產(chǎn)生的機(jī)理及殘余壓應(yīng)力對(duì)裂紋擴(kuò)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(yīng)力分布特點(diǎn)，并根據(jù)應(yīng)力分布特點(diǎn)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(guò)程。
　　（2）利用ABAQUS有限元分析軟件模擬了激光沖擊能量對(duì)小孔件應(yīng)力分布的影響。結(jié)果顯示，從小孔件表面應(yīng)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(yīng)力

3、逐漸增大并達(dá)到飽和；從孔壁應(yīng)力分布看，隨著單位面積上沖擊能量的增大，殘余壓應(yīng)力的深度有所增加，但這一過(guò)程中孔壁中心處的殘余拉應(yīng)力卻急劇增大。
　?。?）對(duì)經(jīng)功率密度為2.8GW/cm2、5.7GW/cm2及8.5GW/cm2強(qiáng)化后的鋁合金小孔件進(jìn)行高頻疲勞拉伸試驗(yàn)，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(yīng)力分布規(guī)律一

4、致。
　　（4）從宏觀(guān)形貌圖中可以看出，經(jīng)激光沖擊強(qiáng)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(diǎn)，且從仿真中可以得出，該點(diǎn)處的殘余拉應(yīng)力最大。
　　（5）從微觀(guān)形貌圖中可以看出，經(jīng)激光沖擊強(qiáng)化后，斷口上疲勞條帶間距較未強(qiáng)化時(shí)均有所減少，且隨著單位面積上激光沖擊能量的增大，相應(yīng)斷口上疲勞條帶間距變化呈先減小后增大趨勢(shì)。即當(dāng)激光功率密度為5.