不同细节结构激光冲击强化下的疲劳差异性研究

发布时间：2021-07-31 19:04

　　飞机零部件中均存在着许多细节结构,如圆角、紧固孔等,这些细节结构在服役中容易出现疲劳断裂。不同细节结构激光冲击的疲劳差异性较大,故研究各类细节结构激光冲击下的残余应力差异性来预测其疲劳性能。本文基于理论研究、数值分析,结合试验验证对不同细节结构激光冲击的疲劳差异性进行了具体研究,其主要内容如下:（1）论述了激光冲击靶材的残余应力场的形成机制,基于应力强度因子理论分析了各细节结构几何特征差异对激光冲击效果与应力强度因子的影响,并对不同细节结构的裂纹扩展进行了理论分析。（2）基于ABAQUS软件对不同类型曲率结构在激光冲击下的残余应力分布进行了研究,并具体分析了不同半径圆角、不同直径圆棒、不同板厚小孔件的残余应力分布的差异性。结果表明:不同曲率结构表面残余压应力与压应力层深度随曲率增大而增大;圆角R3的整体残余应力分布优于R6,两者残余压应力的差异随峰值压力与脉宽的增大而减小,直到出现饱和;不同直径圆棒表面的残余压应力与轴线的残余拉应力均随直径减小而增大,且与峰值压力呈正相关;不同板厚小孔的孔壁内残余拉应力与拉应力区间随板厚增大而增大,其结构的应力穿透力的不同而对激光能量需求差异较大。（3... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 传统表面强化方式
    1.3 激光冲击强化技术简介
        1.3.1 激光冲击强化技术的原理
        1.3.2 激光冲击技术的工艺特点
        1.3.3 激光冲击细节结构的研究现状
    1.4 本文研究的主要内容
        1.4.1 选题意义
        1.4.2 主要研究内容
第二章 激光冲击强化细节结构的理论分析
    2.1 引言
    2.2 激光冲击技术对金属靶材的作用
        2.2.1 激光能量与靶材的相互作用
        2.2.2 激光冲击诱导等离子体能量波
        2.2.3 等离子体冲击波作用于金属靶材的过程
    2.3 激光冲击下靶材表面残余应力的形成过程
        2.3.1 激光冲击的压力模型
        2.3.2 冲击波作用于靶材的塑性变形过程
        2.3.3 靶材表面残余应力的形成过程
        2.3.4 靶材的残余应力估算
        2.3.5 激光冲击参数对残余应力的影响
    2.4 激光冲击细节结构的几何差异性分析
        2.4.1 应力强度因子理论
        2.4.2 几何特征对应力强度因子的影响
        2.4.3 细节结构的几何效应
    2.5 不同细节结构疲劳性能的理论研究
        2.5.1 疲劳裂纹扩展理论
        2.5.2 残余应力对裂纹扩展的作用
    2.6 本章小结
第三章 不同细节结构激光冲击的残余应力场数值模拟
    3.1 引言
    3.2 建立模型与相关条件设置
        3.2.1 数值模拟的模型选取
        3.2.2 建立数值模型
    3.3 不同曲率结构的残余应力分布对比研究
        3.3.1 曲面结构模型及提取路径
        3.3.2 不同曲率结构对残余应力分布的影响
    3.4 不同半径圆角结构的残余应力分布的对比研究
        3.4.1 圆角模型及提取路径
        3.4.2 圆角R3与R6 的残余应力对比分析
        3.4.3 不同半径圆角结构对其残余应力分布的影响
    3.5 不同直径圆棒结构的残余应力分布对比研究
        3.5.1 圆棒模型及提取路径
        3.5.2 不同直径圆棒R100 在不同峰压下残余应力分析
        3.5.3 不同直径圆棒结构对其残余应力分布的影响
    3.6 不同板厚小孔结构的残余应力分布的对比研究
        3.6.1 平板小孔模型及提取路径
        3.6.2 不同板厚小孔结构的残余应力对比分析
        3.6.3 不同板厚小孔对其孔壁残余应力的影响
    3.7 典型细节结构的有效应力水平对比研究
        3.7.1 有效应力水平的计算原理
        3.7.2 不同半径圆角结构的有效应力水平分析
        3.7.3 不同直径圆棒结构的有效应力水平分析
        3.7.4 不同板厚小孔结构的有效应力水平分析
    3.8 本章小结
第四章 不同细节结构试样的激光冲击与疲劳试验研究
    4.1 引言
    4.2 试验过程
        4.2.1 双联试样介绍
        4.2.2 激光冲击设备介绍
        4.2.3 激光冲击参数选择
        4.2.4 开孔试验过程
        4.2.5 疲劳试验条件
    4.3 疲劳试验结果与断口分析
        4.3.1 不同半径圆角试样的疲劳寿命与断口分析
        4.3.2 不同直径圆棒试样的疲劳寿命与断口分析
        4.3.3 不同厚度小孔试样的疲劳寿命与断口分析
        4.3.4 激光冲击改善不同细节结构疲劳性能的机制
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间承担科研情况及主要成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]紧固孔多点激光喷丸诱导残余应力的数值模拟[J]. 张兴权,黄志伟,章艳,叶小华,张义伟,段士伟,黄志来.  中国激光. 2016(06)
[2]曲轴圆角滚压强化技术研究现状及其展望[J]. 倪帆,阮景奎.  湖北汽车工业学院学报. 2016(01)
[3]激光诱导冲击波应用技术研究现状[J]. 乔红超,赵吉宾,陆莹.  表面技术. 2016(01)
[4]圆杆在激光冲击作用下动态响应的数值模拟[J]. 张兴权,章艳,段士伟,黄志来,冯建有,王彪.  中国激光. 2015(09)
[5]激光喷丸强化对半圆孔件疲劳寿命的影响[J]. 章艳,张兴权,左立生,周煜,段士伟,黄志来.  材料科学与工艺. 2015(02)
[6]飞机结构抗疲劳强化技术应用思考[J]. 赵勇,甘学东,倪孟龙.  航空制造技术. 2015(03)
[7]激光冲击复合强化机理及在航空发动机部件上的应用研究[J]. 李应红,何卫锋,周留成.  中国科学:技术科学. 2015(01)
[8]基于激光冲击机理的裂纹面闭合与疲劳性能改善特性研究[J]. 任旭东.  机械工程学报. 2012(18)
[9]可靠性分析及其在飞机零件分布中的应用[J]. 王超,闫永刚,刘清饶.  电脑知识与技术. 2012(25)
[10]激光冲击Johnson-Cook模型材料参数优化[J]. 潘应晖,戴峰泽,鲁金忠.  兰州理工大学学报. 2012(02)

博士论文
[1]工程结构细节疲劳件激光冲击强化的几个关键问题研究[D]. 姜银方.江苏大学 2017
[2]激光冲击不锈钢抗腐蚀性能及微观强化机理研究[D]. 罗开玉.江苏大学 2012
[3]激光喷丸强化铝合金的疲劳裂纹扩展特性及延寿机理研究[D]. 黄舒.江苏大学 2012
[4]激光冲击处理工艺过程数值建模与冲击效应研究[D]. 胡永祥.上海交通大学 2008

硕士论文
[1]激光冲击强化钛合金圆角构件的残余应力分布及其抗疲劳研究[D]. 彭涛涛.江苏大学 2017
[2]激光冲击改善钛合金疲劳裂纹扩展特性研究[D]. 蔡峥嵘.江苏大学 2010



本文编号：3314021