【正文】 于裂紋的存在而使結構還遠沒有達到材料的強度極限時就發(fā)生破壞。以期獲得表面與基體本身都不可能有的優(yōu)異性能，其成本效益比是很高的。 Fatigue fracture。最后通過仿真分析式樣開孔前后殘余應力場和沖擊前后的疲勞性能得出光斑搭接處理對疲勞壽命的影響。故本文采用激光沖擊強化技術，通過對比分析，采用強化效果更好的先激光沖擊后開孔的工藝方法。 安徽工業(yè)大學 畢業(yè)設計論文 激光沖擊對小孔疲勞壽命的影響 Effect of laser shock processing on fatigue life of fastener hole 學院 機械工程學院 姓名 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 設計日期 指導教師 摘 要 激光沖擊改性與延壽技術是利用方向 .能量高度集中的激光束作為工具，對材料進行表面改性或延壽。通過實驗與數值模擬分析研究了不同激光沖擊下小孔區(qū)域的殘余應力場及其疲勞性能，并對疲勞斷口進行了相應分析。 關鍵詞：激光沖擊處理，疲勞壽命，數值模擬，殘余應力場，疲勞斷口，鋁合金小孔 ABSTRACT Laser shock modification and lifeextending technology is the use of the laser beam highly concentrated in the direction and energy as a tool for surface modification or extension of the material. The technology make the prehensive use of modern physics. Chemistry. Computer. Materials manufacturing technology and other aspects of Results or it has a significant impact on ponent manufacturing. Aluminum alloy holes are the typical locations of stress concentration which easily generate fatigue cracks under cyclic loading and yield fatigue this text use the laser shock peening the parative better process of LSP before holedrilling was adopted to study the residual stress field of fastener holes at different parameters and its fatigue property by the methods of experiments and simulations,and fatigue fracture were analyzed. The research process is as following:based on the FEM code ABAQUS,the general idea of Numerical simulation to strengthen holes was the LSP parameters was analyzed,and then presented the optimizing region of LSP ,selected the power density,pulse width,spot diameter and shot numbers as the research object,without considering the interaction between the shock parameters,the effect of laser shock parameters on the residual stress field were studied. Then observating the fatigue fracture indicated the strength of antifatigue ,through the simulation we can study the residual stress field of specimens before and after holedrilling and the fatigue properties of specimens before and after we can get the point of the effect of treatment on the fatigue life of spot overlapping KEY WORDS:Laser shock processing。 Aluminum alloy 第一章 緒 論 前言 20 世紀 80 年代英格蘭伯明翰大學教授湯 姆”這一論述十分精辟，它充分說明了表面 .材料與性能之間的正確關系，表面技術和效益之間的關系，以及表面工程的科學意義。國內外使用合金材料的壓力容器 .鉆井平臺 .石油管道 .原子能反應堆 .發(fā)動機殼體和飛機起落架等關鍵結構件均發(fā)生過斷裂事故，這些災難性事件大多是由表面裂紋或穿透裂紋擴展引起的。這些在很大程度上都限制了鋁合金的使用范圍。 冷擠壓技術 飛機絕大多數構件是通過在孔中安裝緊固件而裝配在一起的。 冷擠壓強化有直接芯棒擠壓和加套擠壓兩 種方法。 啟動拉槍后 , 活塞回收 , 芯棒穿過襯套 , 通過襯套間接擠壓孔壁。機械噴丸成形的基本原理是利用高速彈流撞擊金屬板件表面 , 使受噴表面的表層材料產生塑性變形 , 導致殘余應力 , 逐步使整體達到外形曲率要求的一種成形方法。這兩種因素的共同作用 , 提高了金屬材料抗疲勞斷裂的性能。 疲勞壽命包括裂紋萌生壽命和裂紋擴展壽命兩部分 , 這兩部分壽命 在總壽命中不僅與材料成分、組織、性能有關 , 而且與沖擊參數有關。 當試件表層存在殘余壓力時，可以從兩 方面來考慮殘余應力的作用：一方面，在材料表面，殘余壓應力的存在起到了降低平均應力的作用，抵消了部分載荷應力，起到直接的強化的作用；另一方面，較高的殘余壓應力阻止了裂紋在表面萌生，使裂紋萌生由表面推移至次表面薄弱區(qū)，該區(qū)域往往是殘余拉應力最大區(qū)，此處沒有表面損傷和介質的影響，同時位錯滑移受到較大約束，裂紋萌生困難，表現為疲勞壽命提高，此時殘余壓應力起到間接強化的作用。當裂紋開始擴展時，隨著表面殘余壓應力的增加，應力 強度因子 k減小，裂紋擴展速率降低；當 k低于裂紋擴展門檻值時，裂紋停止擴展。對激光處理過的材料的疲勞斷口分析可知，激光沖擊部位 表層殘余壓應力在一定程度上抑制了裂紋源的形成，并可延長裂紋擴展的時間。如高溫合金GH30氬弧焊焊縫經激光沖擊處理后，焊縫表面顯微硬度提高 40%，抗拉強度提高了 12%以上；激光沖擊強化使焊態(tài) 5086H32鋁合金的屈服強度回復到母材的水平。對儲能罐 .核廢料罐焊縫進行激光沖擊強化后，其疲勞裂紋和應力腐蝕的性能大大提高了，其使用壽命可以達到上萬年的使用設計要求。 影響激光沖擊強化效果的影響因素主要有激光參數 、能量吸收層和約束層 、 材料等 。 B 激光脈寬 激光脈寬的大小對金屬材料的沖擊強化效果至關重要 。 A 能量吸收層 能量吸收層（如黑漆 、 鋁箔）對強化效果的影響基本可以歸結為， 它與靶材的熱物性行為之間差別，這種差別使等離子體產生和膨脹 、 爆炸成為可能，所以在有涂層時，激光沖擊波的形成實際上取決于涂層與激光之間的作用 。因此 , 約束層結構能有效提高激光誘導沖擊波的峰壓值 , 增加沖擊波的脈寬。 玻璃類約束層對沖擊壓力提升效果最明顯，但僅適用于平面加工，且易碎，難于清理；硅膠和合成樹脂與靶材結合力小，且難以重復利用；水約束層的 優(yōu) 點是廉價 、 清潔 、 重復效果好，可用于加工曲面，而且流動的水約束層可以帶走等離子體爆炸后的固體粉塵顆粒，這些優(yōu)勢是其他所有約束介質無法取代的 。 材料 材料的不同，沖擊強化的效果也隨著不同，陳等人對三種不同材料進行激光沖擊強化處理，發(fā)現其硬度和耐磨性都得到顯著提高，但提高程度不同 。 小孔激光沖擊強化包含 2種工藝方法： 1．先鉆孔后激光沖擊； 2．先激光沖擊后鉆孔 。 沖擊波峰壓力達到數萬個大氣壓；應變率達到 107S1，比噴丸強化高出萬倍，比爆炸高出百倍 。 激光沖擊強化后的金屬表面不產生畸變和機械損傷，而且激光脈沖短，只有幾十納秒，瞬間完成與沖擊過程，且大部分 能量被能量吸收層吸收，傳到金屬表面的熱量很少，所以無熱應力損傷 。 另外，科研人員擴大研究范圍，對 6061T6合金 、 2024T3 合金 、 Ti6AL4V 合金進行沖擊，提高其耐疲勞強度，并認為表面硬度的提高是由于強化產生的位錯引起 的 。 激光沖擊強化在中國還處于研究和初步應用階段，從事這 方面研究的主要有南京航空航天大學和江蘇大學 。 主要是向業(yè)界提供優(yōu)質的 LSP 服務和設備 。 據估計，僅用于軍用戰(zhàn)斗機葉片的處理，美國就可節(jié)約成本逾 10 億美元 。本文選取了先 開孔 后激光沖擊的工藝方法，通過實驗與數值模擬分析研究了不同激光沖擊工藝下小孔區(qū)域的殘余應力場及其疲勞性能，并對疲勞斷口進行了相應分析，主要工作如下： 1. 以 ABAQUS軟件為 基礎 ， 建立小孔強化數值模擬的總體方法， 建立起激光沖擊參數一殘余應力一疲勞特性之間的數字 化分析方法。 4. 進行激光搭接沖擊處理實驗后對疲勞性能進行分析并 從斷口形貌與斷面粗糙 度的角度對不同處理狀態(tài)下疲勞斷口進行了相應的研究分析。 用不同激光沖擊參數沖擊強化小孔，研究分析小孔殘余應力場，進而分析對小孔疲勞壽命的影響。由