基于沖擊層數(shù)的鋁合金緊固孔激光沖擊強(qiáng)化抗疲勞研究.pdf

1、飛機(jī)結(jié)構(gòu)中存在大量的小孔結(jié)構(gòu)是飛機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)，激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)能有效延長小孔的使用壽命，然而單層沖擊存在應(yīng)力分布不合理、疲勞增益不穩(wěn)定的問題，為解決這一問題增加沖擊層數(shù)對緊固孔的殘余應(yīng)力場進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到穩(wěn)定提高緊固孔疲勞壽命的目的。在滿足疲勞增益穩(wěn)定性的前提下，對沖擊層數(shù)進(jìn)行優(yōu)化可以起到簡化工藝、節(jié)約成本的作用。
　　本文首先分析激光沖擊層數(shù)研究現(xiàn)狀，借助ABAQUS軟件分析沖擊層數(shù)等參數(shù)對緊固孔殘余應(yīng)力的影響，并對沖擊層數(shù)等參數(shù)

2、進(jìn)行優(yōu)化處理，設(shè)計(jì)了不同沖擊層數(shù)的激光沖擊試驗(yàn)，最后進(jìn)行疲勞驗(yàn)證試驗(yàn)。本文的主要研究工作與成果如下：
　　（1）從應(yīng)力波角度分析了單次激光沖擊殘余應(yīng)力形成和估算，從彈性極限和材料硬化的角度分析多次沖擊殘余應(yīng)力場的疊加，最后根據(jù)殘余應(yīng)力對緊固孔應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響規(guī)律，揭示激光沖擊處理延長緊固孔服役周期的機(jī)理。結(jié)果表明：沖擊層數(shù)的增加可以提高殘余應(yīng)力，但每次增加幅度會減小；殘余壓應(yīng)力能有效降低緊固孔的應(yīng)力強(qiáng)度因子幅度。
　　（2

3、）利用ABAQUS軟件分析沖擊層數(shù)等參數(shù)對緊固孔殘余應(yīng)力的影響。結(jié)果表明：沖擊層數(shù)的累加造成殘余應(yīng)力增大，但每次增加比例減小，雙層、三層的結(jié)果相差不大，中間孔壁拉應(yīng)力區(qū)不斷壓縮；與載荷半高寬和沖擊層數(shù)相比，峰值壓力對殘余應(yīng)力的影響更為顯著；峰值壓力較小時(shí)，載荷半高寬和沖擊層數(shù)可以彌補(bǔ)峰值壓力的不足，但峰值壓力較大時(shí)，這種彌補(bǔ)作用不明顯。
　?。?）計(jì)算均勻拉伸下緊固孔的應(yīng)力強(qiáng)度因子，在仿真殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)上，計(jì)算均勻拉伸和殘余應(yīng)力場

4、綜合作用下緊固孔的應(yīng)力強(qiáng)度因子，分析激光沖擊處理對應(yīng)力強(qiáng)度因子的修改。結(jié)果表明：激光沖擊處理能有效降低緊固孔附近的應(yīng)力強(qiáng)度因子。均勻拉伸下三維無量綱和有量綱應(yīng)力強(qiáng)度因子趨勢一致，隨著θ角的增大先減小后增大，θ=00和900時(shí)應(yīng)力強(qiáng)度因子最大；裂紋沿任意方向擴(kuò)展時(shí)應(yīng)力強(qiáng)度因子不斷增大。
　?。?）結(jié)合斷口與殘余應(yīng)力結(jié)果，分析不同沖擊層數(shù)對緊固孔疲勞壽命、裂紋源與裂紋擴(kuò)展速率的影響；最后通過分析激光沖擊層數(shù)對韌窩微觀特征的影響，分析激

5、光沖擊對鋁合金塑性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：單層沖擊疲勞增益較小，雙層和三層沖擊疲勞增益為單層的兩倍，雙層、三層強(qiáng)化端壽命相等。未強(qiáng)化試樣是單點(diǎn)角裂紋，強(qiáng)化試樣是孔壁多點(diǎn)疲勞源，沖擊層數(shù)的累加導(dǎo)致裂紋源沿厚度方向轉(zhuǎn)移。相比于未處理試樣，強(qiáng)化端疲勞輝紋間距明顯變窄，沖擊層數(shù)的累加導(dǎo)致輝紋間距變窄，雙層和三層的疲勞輝紋間距基本相等。強(qiáng)化層數(shù)的累加效應(yīng)使韌窩更大、更深，說明激光沖擊處理能提高試樣的塑性變形能力。
　　建立了沖擊層數(shù)-殘余應(yīng)力