基于激光冲击强化技术的叶片强化和壁板成形研究

发布时间：2022-07-20 17:48

　　飞机起飞和降落过程中,发动机叶片承受高频振动和离心力的耦合载荷,引起叶片一弯节线区域产生高周振动疲劳裂纹,迅速降低叶片疲劳寿命。同时,强气流吸入的异物撞击叶片前缘,引起叶片前缘应力集中或破坏源,导致叶片迅速发生断裂。机翼带筋壁板具有局部折弯量大和难塑性成形等特点,使得传统喷丸成形方法很难达到壁板目标型面。激光冲击强化具有高压、可叠加性、易于精确定位和控制等优点,在叶片疲劳延寿和机翼壁板塑性成形方面有着广泛的用途。本文基于激光冲击强化力学效应,通过设计叶片缺口模拟件,研究激光冲击强化叶片前缘抗异物损伤（Foreign Object Damage,FOD）疲劳延寿核心工艺及疲劳延寿机理;采用叶片材料的优化强化工艺:激光冲击强化,研究叶片一弯节线区域抗高周振动疲劳延寿机理;采用喷丸强化饱和值和塑性应变,研究激光冲击成形中厚壁板的激光能量和冲击次数的上限值;采用正交实验设计,研究激光冲击成形中厚壁板展向的弯曲变形规律,通过不同预应力加载,研究激光冲击成形中厚壁板展向的弯曲变形能力、弯曲变形机理及表层改性。取得如下结论和创新性成果:（1）叶片材料的强化效果评估方面:对比三种不同强化工艺下β锻TC... 

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
        1.1.1 激光冲击强化叶片疲劳延寿
        1.1.2 激光冲击成形壁板塑性成形
    1.2 激光冲击强化原理及技术优势
        1.2.1 激光冲击强化原理
        1.2.2 激光冲击强化技术优势
        1.2.3 激光冲击成形技术优势
    1.3 激光冲击强化叶片疲劳延寿的研究现状
        1.3.1 激光冲击强化系统的研究进展
        1.3.2 激光冲击强化叶片材料改性的研究进展
        1.3.3 激光冲击强化叶片疲劳延寿的研究进展
    1.4 激光冲击成形壁板塑性成形的研究现状
        1.4.1 激光冲击成形壁板材料塑性成形的研究进展
        1.4.2 激光冲击成形壁板塑性成形的研究进展
    1.5 课题立题依据与主要研究内容
        1.5.1 课题立题依据
        1.5.2 课题的经费来源
        1.5.3 论文的主要研究内容和论文结构
第二章 激光冲击强化塑性变形效应模型及实验测试方法
    2.1 引言
    2.2 激光冲击强化金属材料的塑性变形效应模型
    2.3 激光冲击强化系统和试样性能测试方法
        2.3.1 激光冲击强化系统
        2.3.2 试样表层力学性能测试方法及装置
        2.3.3 试样疲劳性能测试方法及装置
    2.4 激光冲击强化叶片疲劳延寿的实验方法
        2.4.1 叶片材料强化效果评估的实验方法
        2.4.2 压气机叶片疲劳强化效果评估的实验方法
    2.5 激光冲击成形壁板塑性成形的实验方法
        2.5.1 薄壁板弯曲变形的实验方法
        2.5.2 中厚壁板弯曲变形工艺参数上限值的实验方法
        2.5.3 中厚壁板弯曲变形规律及表层改性的实验方法
    2.6 本章小结
第三章 激光冲击强化叶片材料的强化效果评估
    3.1 引言
    3.2 表层力学性能改性
        3.2.1 表面粗糙度和相成分
        3.2.2 显微硬度和残余应力
    3.3 表层微观强化机理
        3.3.1 微观结构演变
        3.3.2 微观强化机理
    3.4 本章小结
第四章 激光冲击强化压气机叶片的疲劳强化效果评估
    4.1 引言
    4.2 叶片前缘抗FOD疲劳性能评估
        4.2.1 叶片前缘的残余应力
        4.2.2 叶片前缘的微观组织
        4.2.3 叶片前缘的FOD疲劳强度及疲劳延寿机理
    4.3 叶片边缘弯曲变形机理
        4.3.1 叶片边缘的表面形貌和粗糙度
        4.3.2 叶片边缘的弯曲变形机理
    4.4 叶片抗高周振动疲劳性能评估
        4.4.1 叶片表层的残余应力
        4.4.2 叶片表层的微观组织
        4.4.3 叶片的高周振动疲劳寿命及疲劳延寿机理
    4.5 本章小结
第五章 激光冲击成形壁板的塑性成形
    5.1 引言
    5.2 薄壁板的弯曲变形方式
        5.2.1 弯曲变形规律
        5.2.2 弯曲变形方式
    5.3 中厚壁板的弯曲变形工艺参数上限值
        5.3.1 激光能量上限值
        5.3.2 冲击次数上限值
    5.4 中厚壁板的弯曲变形规律及表层改性
        5.4.1 弯曲变形能力
        5.4.2 弯曲变形规律及主次因素
        5.4.3 弯曲变形机理及表层改性
    5.5 本章小结
第六章 全文总结和展望
    6.1 本文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的带筋壁板条带激光喷丸成形工艺优化研究[J]. 杨荣雪,胡蓝,胡永祥,姚振强.  上海航天. 2017(01)
[2]激光冲击强化提高外物打伤TC4钛合金疲劳强度的试验研究[J]. 李东霖,何卫锋,游熙,张金,罗思海,杨竹芳,聂祥樊.  中国激光. 2016(07)
[3]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)
[4]TC17钛合金激光多次冲击强化后组织和力学性能研究[J]. 李靖,李军,何卫锋,李玉琴,聂祥樊,何光宇.  红外与激光工程. 2014(09)
[5]激光冲击强化对TC17钛合金微观组织和力学性能的影响[J]. 聂祥樊,何卫锋,王学德,李启鹏,柴艳.  稀有金属材料与工程. 2014(07)
[6]激光冲击强化TC4钛合金表面自纳米化研究（英文）[J]. 车志刚,杨杰,巩水利,曹子文,邹世坤,许海鹰.  稀有金属材料与工程. 2014(05)
[7]激光冲击对TC11钛合金组织和力学性能的影响[J]. 聂祥樊,何卫锋,臧顺来,王学德,李玉琴,柴艳.  航空动力学报. 2014(02)
[8]不同冲击次数下激光冲击对TC11钛合金的影响研究[J]. 王学德,聂祥樊,罗思海,李启鹏,徐大力.  激光与红外. 2013(09)
[9]激光喷丸改善TC6钛合金组织和力学性能[J]. 聂祥樊,何卫锋,李启鹏,楚峰.  强激光与粒子束. 2013(05)
[10]Ti-6Al-4V激光冲击强化及其微结构响应分析[J]. 罗新民,赵广志,张永康,陈康敏,罗开玉,任旭东.  金属学报. 2012(09)

硕士论文
[1]机翼整体壁板板坯快速建模与喷丸路径规划技术研究[D]. 王关峰.西北工业大学 2006



本文编号：3664459