鈦合金葉片激光沖擊強(qiáng)化過(guò)程建模與殘余應(yīng)力仿真研究.pdf

1、作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，葉片在能量轉(zhuǎn)換中起著十分重要的作用，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的迅速增大使得疲勞失效已經(jīng)成為葉片最主要的失效形式之一。通過(guò)對(duì)葉片進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化，能夠顯著地提高其表面硬度、抗疲勞強(qiáng)度等綜合機(jī)械性能。本文基于模態(tài)理論對(duì)采用逆向技術(shù)建立的葉片模型進(jìn)行模態(tài)分析，研究了葉片激光沖擊強(qiáng)化過(guò)程中沖擊波的傳播、波峰壓的估算和殘余應(yīng)力形成理論，建立了葉片激光沖擊強(qiáng)化的有限元模型，分析不同沖擊參數(shù)和沖擊工藝下葉片殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布特性，

2、采用正交實(shí)驗(yàn)完成了沖擊參數(shù)的優(yōu)化。進(jìn)行了葉片激光沖擊強(qiáng)化的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)比分析了仿真和實(shí)驗(yàn)得到的殘余應(yīng)力場(chǎng)，對(duì)數(shù)值仿真模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。論文主要工作和取得進(jìn)展如下：
　　 1.在對(duì)葉片模態(tài)理論推導(dǎo)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)通過(guò)逆向工程技術(shù)建立的葉片實(shí)體三維有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，分析得到葉片的前六階固有頻率和相應(yīng)的振型，確定葉片強(qiáng)化的危險(xiǎn)區(qū)域，為其激光沖擊強(qiáng)化仿真分析中全局阻尼的設(shè)置提供依據(jù)。
　　 2.通過(guò)對(duì)激光沖擊強(qiáng)化機(jī)理的研究

3、，闡述了高壓等離子體爆轟波的形成過(guò)程，對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的沖擊波峰壓模型，確定了適用于有限元分析的沖擊波峰壓計(jì)算模型。運(yùn)用基于Von Mises屈服準(zhǔn)則的一維沖擊理論模型的分析研究了激光高壓脈沖下沖擊波在葉片材料內(nèi)的傳播，獲得了沖擊波峰壓的取值范圍。
　　 3.對(duì)求解沖擊動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的LS DYNA顯式算法進(jìn)行了分析，建立了葉片激光沖擊強(qiáng)化的有限元模型，對(duì)激光沖擊強(qiáng)化過(guò)程仿真中的載荷施加、網(wǎng)格劃分、阻尼設(shè)置等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行探討

4、。通過(guò)仿真研究了激光功率密度、光斑大小、脈沖寬度、沖擊次數(shù)等單因素對(duì)殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律，采用正交試驗(yàn)完成了參數(shù)的優(yōu)化，給出最佳工藝參數(shù)組合。同時(shí)分析了不同搭接率和雙面同時(shí)與非同時(shí)沖擊強(qiáng)化對(duì)殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響。
　　 4.采用優(yōu)化工藝參數(shù)進(jìn)行了激光沖擊強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)，通過(guò)X射線衍射法對(duì)強(qiáng)化區(qū)域殘余應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：激光強(qiáng)化處理能夠顯著提高葉片表面的物理機(jī)械性能，沖擊強(qiáng)化后的葉片表面形成了穩(wěn)定的殘余壓應(yīng)力場(chǎng)，盡管仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果