激光作用下铝合金小孔件残余应力与疲劳断口特性研究.pdf

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1、激光作用下铝合金,Jx孑L件残余应力与疲劳断口特性研究ResidualStressandFatigueFractureFeaturesofAluminumAlloyPartwithFastenerHolebyLaserShockProcessing2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的

2、研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：芬拿￡军必F年f月6日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将

3、本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密ia,／o学位论文作者签名：柙苦辱弦fy年6月苫日⋯燧名：曩手盼∥≯年‘月6日江苏大学硕士学位论文摘要孔结构往往是零件上应力集中的典型部位，在交变循环载荷的作用下容易萌生疲劳裂纹，最终使零件发生断裂失效。因此，零件上的孔结构急需进行有效的强化。相对于传统的小孔强化方法，激光冲击强化具有诸多优势，能大幅提高小孔件的抗疲劳特性，最终达到强化目的。但其中仍有很多问题亟待解决，比如，选择

4、合适的激光冲击参数使铝合金小孔件疲劳断口上的疲劳裂纹源避开零件上原有的薄弱环节，进而提高强化效果。本文通过数值模拟与试验分析相结合的方法，研究7050．T7451铝合金小孔件激光冲击后的应力分布对疲劳裂纹源的影响。通过引入应力强度因子的相关理论，桥接铝合金小孔件的残余应力分布与疲劳裂纹源之间的关系，主要的工作如下：(1)对激光冲击后小孔件疲劳寿命的提高进行了理论分析，从应力场的角度出发，以激光冲击强化后的应力强度因子为切入点，对铝合金小孔件疲劳寿命提高的深层原因进行了探索，结果表明：激光冲击强化在小孔件表面产

5、生一定的残余压应力，能有效的降低小孔件孔角位置实际的应力强度因子；(2)通过有限元分析软件ABAQUS分析了不同激光参数下孔壁上的应力分布，得到激光冲击参数与孔壁上应力峰、拉应力区间宽度与位置的一般规律，结果表明：增加激光冲击层数与峰值压力均会使孔壁中部残余拉应力区间的宽度减小，孔壁上的应力峰是激光参数与试样厚度的综合结果；(3)对典型激光参数强化后7050．T7451铝合金小孔件的疲劳断口进行宏观分析，以试验的方法研究不同激光参数对孔壁上疲劳裂纹源与“疲劳源群”的位置的影响，并与双联试样未处理端的疲劳断口进

6、行对比分析，试验结果表明：激光冲击强化能有效抑制铝合金小孔件孔角位置疲劳裂纹源的萌生，促使小孔件孔角位置的疲劳裂纹源内移至孔壁中部，且原先孔角位置的点状疲劳源经激光冲击后演变为“疲劳源群”，“疲劳源群”的宽度与激光冲击参数密切相关，增大强化能量与强化层数均可减小“疲劳源群“的宽度；(4)对强化后7050．T7451铝合金小孔件的疲劳断口进行了微观分析，对同一7050一T7451铝合金双联试样的冲击端与未冲击端疲劳断口进行对比发现：铝合金小孔件冲击端断口的裂纹萌生区裂纹扩展路径更为曲折，裂纹稳定扩展中期的疲劳条

7、带间距仅为未处理端相同位置的27．8％，裂纹稳定扩展后期的疲劳条带间距仅为未处理端相同位置的激光作用下铝合金小孔件残余应力与疲劳断口特性研究54。8％。对激光冲击参数一残余应力一疲劳裂纹源位置三者之间的关系进行分析，有助于理解激光冲击强化铝合金小孔件疲劳裂纹源的分布特性，激光冲击参数的改变诱使铝合金小孔件内部残余应力的改变，在疲劳断口上最直接的反映就是疲劳裂纹源所在位置发生变化，不同的残余应力分布导致小孔件孔壁上实际的应力强度因子幅赵∥发生改变，疲劳裂纹源的位置随之发生改变，建立冲击参数一残余应力一疲劳裂纹源

8、位置三者之间的关系，有助于预测小孔件强化后疲劳裂纹源的位置，提高铝合金小孔件的抗疲劳特性。关键词：激光冲击强化，残余应力场，应力强度因子，疲劳断口，疲劳裂纹源II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTHolesaretypicallocationsofstressconcentrationincomponents，andalternatingcyclicloadingeasilygeneratesfa