發(fā)布時(shí)間：2020-06-15 06:49

【摘要】：低溫輔助激光噴丸強(qiáng)化技術(shù)(Cryogenic Assisted Laser Peening,CALP)是一種基于低溫與超高應(yīng)變率的耦合效應(yīng)的新型表面形變強(qiáng)化技術(shù),可以通過優(yōu)化微觀組織與增加塑性變形,實(shí)現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)激光沖擊強(qiáng)化工藝的組織/應(yīng)力強(qiáng)化效果。針對(duì)航空鋁合金易于出現(xiàn)振動(dòng)疲勞失效,本文選取典型的2024-T351航空鋁合金材料為研究對(duì)象,采用理論分析、試驗(yàn)研究以及數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法,揭示低溫輔助激光噴丸對(duì)鋁合金材料典型表面力學(xué)性能、振動(dòng)特性及振動(dòng)疲勞性能的影響規(guī)律,并結(jié)合疲勞斷口形貌,探索CALP處理鋁合金材料的振動(dòng)疲勞延壽機(jī)理。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)分別采用光學(xué)顯微鏡(OM)、透射電子顯微鏡(TEM)和殘余應(yīng)力測(cè)試儀等試驗(yàn)設(shè)備對(duì)低溫輔助激光噴丸鋁合金的微觀組織與殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試,分析了低溫輔助激光噴丸對(duì)材料表層微觀組織及殘余應(yīng)力的影響規(guī)律,結(jié)合凝聚態(tài)物理學(xué)理論闡述了低溫輔助激光噴丸的微觀組織演變機(jī)理及殘余應(yīng)力的強(qiáng)化機(jī)制。(2)采用納米壓痕儀對(duì)材料的納米硬度及彈性模量進(jìn)行了測(cè)試和分析,探索了低溫輔助激光噴丸強(qiáng)化鋁合金的加工硬化機(jī)制;以懸臂梁結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,使用振動(dòng)模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)分別獲取了不同激光功率密度下CALP與LP處理試樣的振動(dòng)特性(固有頻率與阻尼比),得到了激光噴丸功率密度對(duì)試樣的固有頻率與阻尼比的影響規(guī)律;此外,建立了鋁合金懸臂梁結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型并開展數(shù)值模擬分析,獲得了結(jié)構(gòu)的振型和固有頻率;基于振動(dòng)力學(xué)理論與K-G-L阻尼理論,分析了低溫輔助激光噴丸工藝對(duì)固有頻率與阻尼比的影響機(jī)理。(3)開展了低溫輔助激光噴丸強(qiáng)化鋁合金的振動(dòng)疲勞性能測(cè)試,獲得了試樣的振動(dòng)疲勞壽命以及固有頻率隨時(shí)間的變化規(guī)律。采用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)試樣的振動(dòng)疲勞斷口形貌進(jìn)行觀測(cè),結(jié)合疲勞與斷裂理論分析了典型振動(dòng)疲勞的斷口特征,分別研究了低溫輔助激光噴丸強(qiáng)化對(duì)疲勞斷口裂紋源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)及瞬斷區(qū)形貌的影響規(guī)律;揭示了低溫輔助激光噴丸強(qiáng)化的振動(dòng)疲勞斷裂機(jī)制。研究結(jié)果表明,低溫輔助激光噴丸強(qiáng)化技術(shù)在組織強(qiáng)化與應(yīng)力強(qiáng)化方面優(yōu)勢(shì)突出,可以有效改善結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性與振動(dòng)疲勞性能。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG668;TG146.21
【圖文】：

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒 論言024-T351 作為一種典型的航空鋁合金材料，是航空制造業(yè)應(yīng)用最為一，主要應(yīng)用于飛機(jī)的機(jī)身蒙皮、機(jī)艙結(jié)構(gòu)件、機(jī)翼橫梁及隔框等結(jié)構(gòu)件的制造。在波音和空客等主流飛機(jī)生產(chǎn)制造商生產(chǎn)的飛機(jī)中用已經(jīng)達(dá)到飛機(jī)總質(zhì)量的 60%以上[1]，而我國(guó)的 C919 大飛機(jī)的鋁達(dá)到了 65%以上，客機(jī)上常規(guī)的鋁合金部件如圖 1.1 所示。

圖 1.1 客機(jī)上的鋁合金部件Fig.1.1 Aluminum alloy components on passenger aircraft由于 2024-T351 鋁合金的剛度相對(duì)較低，飛機(jī)的舵面、平尾以及腹鰭等飛行氣流的擾動(dòng)下易于產(chǎn)生振動(dòng)，因此這些部位相對(duì)比較容易出現(xiàn)疲勞較高的疲勞失效風(fēng)險(xiǎn)。相關(guān)研究表明疲勞失效是飛機(jī)失效的主要形式之失效形式的 70%以上[2]，疲勞失效降低了結(jié)構(gòu)件的使用壽命，嚴(yán)重影響行安全，很可能引發(fā)重大的安全事故，圖 1.2 為英國(guó)“彗星”號(hào)客機(jī)及美戰(zhàn)斗機(jī)因振動(dòng)疲勞失效而墜毀的現(xiàn)場(chǎng)。因此，對(duì)航空結(jié)構(gòu)件進(jìn)行疲勞壽抗疲勞制造顯得十分必要。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2714053