本文關(guān)鍵詞：基于激光沖擊的鈦合金小孔構(gòu)件殘余應力分布及疲勞性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：孔結(jié)構(gòu)往往是金屬零部件上的應力集中環(huán)節(jié),在外載荷的作用下孔角處極易萌生疲勞裂紋源,進而發(fā)生斷裂,因此需要對孔結(jié)構(gòu)進行強化處理。與傳統(tǒng)的強化方式相比,激光沖擊可以大幅度提高小孔構(gòu)件的疲勞強度,在提高金屬材料疲勞壽命方面具有重要的作用。然而,針對在不同的應力水平下進行疲勞試驗時,激光沖擊后小孔構(gòu)件的疲勞性能仍需進行一步研究。本文采用數(shù)值模擬與試驗相結(jié)合的方法,研究激光沖擊對TC4-DT鈦合金小孔構(gòu)件殘余應力場分布及疲勞壽命的影響,并從斷裂力學的角度入手,探索應力水平對強化后小孔構(gòu)件疲勞損傷機制的影響。本文的主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)對激光沖擊能夠提高小孔構(gòu)件疲勞性能的作用機制進行了理論分析,從殘余應力場的角度出發(fā),對小孔構(gòu)件疲勞壽命提高的深層原因進行了研究,結(jié)果表明:激光沖擊誘導的殘余壓應力能夠有效地降低小孔構(gòu)件孔角處的應力強度因子幅以及裂紋張開的可能性,并且殘余壓應力的產(chǎn)生使得小孔構(gòu)件的疲勞強度得以提高;(2)以ABAQUS有限元分析軟件為平臺,研究小孔構(gòu)件經(jīng)不同激光參數(shù)沖擊后殘余應力場的分布規(guī)律。仿真結(jié)果表明,激光沖擊層數(shù)、峰值壓力以及激光脈寬的增大均可以有效地增加殘余壓應力影響層深度。以上三個因素在小孔構(gòu)件的殘余應力分布方面存在著相互協(xié)同的關(guān)系,在實際的激光沖擊試驗中需要兼顧考慮它們之間的關(guān)系。(3)對3mm厚度的TC4-DT鈦合金小孔構(gòu)構(gòu)件進行激光沖擊強化試驗,并且在不同的應力水平下對其進行疲勞拉伸試驗。試驗結(jié)果表明,激光沖擊后試樣的疲勞壽命得到顯著地提高。但是疲勞試驗中應力水平的不同,對強化前后雙聯(lián)試樣的疲勞壽命產(chǎn)生一定的影響,隨著應力水平的增大,激光沖擊前后試樣的疲勞壽命均出現(xiàn)下降的趨勢,并且激光沖擊后試樣的疲勞壽命增益也出現(xiàn)下降趨勢。(4)通過對疲勞斷口的微觀形貌分析發(fā)現(xiàn):試樣未強化端斷口上疲勞源出現(xiàn)在孔角處,在低應力水平下試樣強化端斷口上的疲勞源出現(xiàn)在孔壁中間部位,而在高應力水平下,試樣強化端斷口的孔壁方向上出現(xiàn)兩個疲勞源;激光沖擊能夠有效地減小疲勞條帶之間的間距。并且在應力水平不同的情況下,相同測量位置處激光強化端與未強化端斷口上疲勞條帶間距的比值也會有所差異,隨著應力水平的增加,疲勞條帶間距的比值不斷增大,即裂紋擴展速率的比值不斷增大。本文采用數(shù)值模擬與試驗相結(jié)合的方法,研究了激光沖擊對小孔構(gòu)件疲勞性能的影響,得到以下結(jié)論:選擇合理的激光沖擊參數(shù)可以有效地提高小孔構(gòu)件的疲勞壽命;在不同的應力水平下,小孔構(gòu)件的疲勞壽命會有所不同,并且強化后試樣疲勞壽命提高的幅度也會出現(xiàn)差異。研究小孔構(gòu)件在不同應力水平下的疲勞行為,對于提高鈦合金小孔件的抗疲勞性能具有重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：激光沖擊強化 應力水平 TC4-DT鈦合金小孔構(gòu)件 殘余應力場 疲勞壽命
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG665
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 激光沖擊強化技術(shù)11-15
• 1.2.1 激光沖擊強化技術(shù)的原理及特點11-12
• 1.2.2 激光沖擊強化小孔構(gòu)件的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 金屬疲勞損傷機制研究15-17
• 1.4 本文的研究意義及主要內(nèi)容17-19
• 1.4.1 選題目的與研究意義17-18
• 1.4.2 研究內(nèi)容18-19
• 第二章 激光沖擊強化理論分析與小孔構(gòu)件的疲勞壽命19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 激光沖擊波加載下的殘余應力19-22
• 2.2.1 激光沖擊波的約束模型19-20
• 2.2.2 激光沖擊波作用下殘余應力的形成20-22
• 2.3 激光沖擊強化誘導殘余應力場與外載荷的相互作用22-27
• 2.3.1 影響疲勞壽命的因素22-25
• 2.3.2 激光沖擊提高金屬材料疲勞性能的作用及機制25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 第三章 激光沖擊鈦合金小孔構(gòu)件殘余應力場的仿真分析29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 小孔激光沖擊強化數(shù)值模擬方法及關(guān)鍵問題的處理29-35
• 3.2.1 有限元分析方法29-30
• 3.2.2 ABAQUS數(shù)值模擬中關(guān)鍵問題的說明30-35
• 3.3 激光沖擊對鈦合金小孔構(gòu)件殘余應力分布的影響35-43
• 3.3.1 激光沖擊層數(shù)對殘余應力分布的影響35-38
• 3.3.2 激光脈寬對殘余應力分布的影響38-41
• 3.3.3 峰值壓力殘余應力分布的影響41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 小孔構(gòu)件激光沖擊強化試驗與疲勞性能44-63
• 4.1 引言44
• 4.2 試驗設(shè)備44-47
• 4.2.1 激光沖擊強化設(shè)備44-45
• 4.2.2 試樣的制備45
• 4.2.3 激光沖擊后試樣的開孔45-46
• 4.2.4 雙聯(lián)試樣的疲勞拉伸試驗46-47
• 4.3 激光沖擊強化試驗47-48
• 4.4 疲勞試驗結(jié)果與分析48-49
• 4.5 疲勞斷口微觀形貌分析49-59
• 4.6 疲勞裂紋擴展理論分析59-61
• 4.6.1 疲勞裂紋擴展規(guī)律59-60
• 4.6.2 激光沖擊對裂紋擴展速率的影響60-61
• 4.7 本章小結(jié)61-63
• 第五章 總結(jié)與期望63-65
• 5.1 總結(jié)63-64
• 5.2 展望64-65
• 參考文獻65-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士學位期間承擔科研情況及主要成果70

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