【正文】 我是一個(gè)將要踏上社會(huì)的青年，我要將我在學(xué)校里學(xué)到的東西帶入社會(huì)，在同學(xué)和父母的支持下，我相信我會(huì)走的更遠(yuǎn)。Fig． Roughness of fatigue fracture under different treatments 本章總結(jié)1．疲勞斷口分析表明：對(duì)于未沖擊試樣，疲勞源出現(xiàn)于小孑L邊緣附近，裂紋擴(kuò)展呈放射狀，而對(duì)于單面激光沖擊處理后的試樣，疲勞源出現(xiàn)在試樣未沖擊面的小孔邊緣附近，裂紋擴(kuò)展呈弧線狀，這主要是因?yàn)榧す鉀_擊強(qiáng)化后在材料表層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，以及晶粒細(xì)化和位錯(cuò)組織，使得沖擊面抗疲勞性能增強(qiáng)，疲勞裂紋擴(kuò)展于此區(qū)域時(shí)，主裂紋的擴(kuò)展受到一定阻力，途中突然發(fā)生轉(zhuǎn)折，朝向材料強(qiáng)度薄弱方向擴(kuò)展。測(cè)量區(qū)域面積為120x91pm2，每個(gè)斷i：3選取三個(gè)測(cè)量區(qū)域：疲勞源區(qū)，距疲勞源0．5mm區(qū)，距疲勞源1．0mm區(qū)。 ( b) lasershocked sample 斷口表面粗糙度分析粗糙度是裂紋擴(kuò)展方式的直接結(jié)果。 為疲勞試樣瞬時(shí)破斷區(qū)的SEM 形貌圖?？梢宰⒁獾? 在激光沖擊強(qiáng)化材料的疲勞斷口上, 觀察到較多位于相同高度的云紋狀平臺(tái), ( b) 所示。此外, ( b) 所示, 激光沖擊試樣的疲勞紋邊緣彎曲, 如云紋一般, 紋與紋之間也難辨別明顯的界限。因?yàn)榻?jīng)激光沖擊強(qiáng)化后試樣表面產(chǎn)生了很大的殘余壓應(yīng)力, 它能顯著而有效地降低尖角等應(yīng)力集中部位的拉應(yīng)力峰值。疲勞源的形成位置與試樣表面的微觀缺陷、加工質(zhì)量和殘余應(yīng)力狀態(tài)有密切的關(guān)系。因此在激光沖擊處理小孔時(shí), 為降低應(yīng)力集中所產(chǎn)生的最大應(yīng)力, 提高小孔抗疲勞斷裂能力, 應(yīng)使小孔在3d 的范圍內(nèi)得到強(qiáng)化。在有限元模擬過程中還考慮了幾何非線性的影響。為金屬材料與約束層的匹配阻抗, Z1 為金屬材料的沖擊阻抗,Z2 為約束層的沖擊阻抗。（A） 激光誘導(dǎo)沖擊波峰壓估算由于激光沖擊波加載本身的特殊性，即作用時(shí)間短(ns級(jí))、壓力大(GPa級(jí))，因此用軟件來模擬激光沖擊波的產(chǎn)生還比較困難。JC模型形式簡(jiǎn)單，參數(shù)少，使用方便，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。沖擊波載荷的大小、加載方式及加載時(shí)間是影響數(shù)值模擬精度的關(guān)鍵。用不同激光沖擊參數(shù)沖擊強(qiáng)化小孔，研究分析小孔殘余應(yīng)力場(chǎng)，進(jìn)而分析對(duì)小孔疲勞壽命的影響。本文選取了先開孔后激光沖擊的工藝方法，通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)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(yīng)力場(chǎng)及其疲勞性能，并對(duì)疲勞斷口進(jìn)行了相應(yīng)分析，主要工作如下：1. 以ABAQUS軟件為基礎(chǔ)，建立小孔強(qiáng)化數(shù)值模擬的總體方法，建立起激光沖擊參數(shù)一殘余應(yīng)力一疲勞特性之間的數(shù)字化分析方法。主要是向業(yè)界提供優(yōu)質(zhì)的LSP 服務(wù)和設(shè)備。另外，科研人員擴(kuò)大研究范圍，對(duì)6061T6合金、2024T3 合金、Ti6AL4V 合金進(jìn)行沖擊，提高其耐疲勞強(qiáng)度，并認(rèn)為表面硬度的提高是由于強(qiáng)化產(chǎn)生的位錯(cuò)引起的。沖擊波峰壓力達(dá)到數(shù)萬個(gè)大氣壓；應(yīng)變率達(dá)到107S1，比噴丸強(qiáng)化高出萬倍，比爆炸高出百倍。 材料材料的不同，沖擊強(qiáng)化的效果也隨著不同，陳等人對(duì)三種不同材料進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化處理，發(fā)現(xiàn)其硬度和耐磨性都得到顯著提高，但提高程度不同。因此, 約束層結(jié)構(gòu)能有效提高激光誘導(dǎo)沖擊波的峰壓值, 增加沖擊波的脈寬。B 激光脈寬激光脈寬的大小對(duì)金屬材料的沖擊強(qiáng)化效果至關(guān)重要。其疲勞裂紋和應(yīng)力腐蝕的性能大大提高了，其使用壽命可以達(dá)到上萬年的使用設(shè)計(jì)要求。對(duì)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(yīng)力在一定程度上抑制了裂紋源的形成，并可延長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展的時(shí)間。當(dāng)試件表層存在殘余壓力時(shí)，可以從兩方面來考慮殘余應(yīng)力的作用：一方面，在材料表面，殘余壓應(yīng)力的存在起到了降低平均應(yīng)力的作用，抵消了部分載荷應(yīng)力，起到直接的強(qiáng)化的作用；另一方面，較高的殘余壓應(yīng)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(yīng)力最大區(qū)，此處沒有表面損傷和介質(zhì)的影響，同時(shí)位錯(cuò)滑移受到較大約束，裂紋萌生困難，表現(xiàn)為疲勞壽命提高，此時(shí)殘余壓應(yīng)力起到間接強(qiáng)化的作用。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。 啟動(dòng)拉槍后, 活塞回收, 芯棒穿過襯套, 通過襯套間接擠壓孔壁。 冷擠壓技術(shù)飛機(jī)絕大多數(shù)構(gòu)件是通過在孔中安裝緊固件而裝配在一起的。這些災(zāi)難性事件大多是由表面裂紋或穿透裂紋擴(kuò)展引起的。 Aluminum alloy 第一章 緒 論 前言 20世紀(jì)80年代英格蘭伯明翰大學(xué)教授湯姆通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬分析研究了不同激光沖擊下小孔區(qū)域的殘余應(yīng)力場(chǎng)及其疲勞性能，并對(duì)疲勞斷口進(jìn)行了相應(yīng)分析。研究過程為：首先以abaqus軟件為平臺(tái)，制定了小孔強(qiáng)化數(shù)值模擬總體思路，通過對(duì)激光沖擊工藝參數(shù)進(jìn)行理論分析，提出激光沖擊參數(shù)的優(yōu)化區(qū)域，以功率密度，脈沖寬度，光斑直徑，沖擊次數(shù)為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析在其單獨(dú)改變時(shí)對(duì)殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響。貝爾提出表面工程的概念。保障關(guān)鍵零部件的壽命與可靠性，避免疲勞裂紋引發(fā)的失效發(fā)生，已成為關(guān)鍵零部件修復(fù)和延壽工程中的核心科學(xué)問題之一?？椎闹車鸀楦邞?yīng)力集中區(qū), 是飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂源。由下表可見, 加套擠壓孔的疲勞壽命比直接芯棒擠壓約高20 % , 而出口端的孔邊凸臺(tái)高度僅為直接擠壓的37 % , 加套擠壓效果明顯優(yōu)于直接芯棒擠壓。沖擊原理簡(jiǎn)化流程圖高功率激光→待處理表面→透明約束層→（）→沖擊波→ 激光沖擊強(qiáng)化的特點(diǎn) 1)LSP能形成深度更深且數(shù)值更大的殘余壓應(yīng)力影響層，通過LSP獲得的殘余壓應(yīng)力影響層可達(dá)1～2mm，是噴丸的5～10倍；2)LSP所用的激光參數(shù)和作用區(qū)域可以精確控制，參數(shù)也具有可重復(fù)性，可以在同一地方通過累積的形式多次強(qiáng)化，因而殘余壓應(yīng)力的大小和強(qiáng)化層的深度精確可控；3)由于激光的可達(dá)性好，光斑大小可調(diào)，且能精確控制和定位，LSP技術(shù)能夠處理一些傳統(tǒng)工藝不能處理的部位。表面和內(nèi)部行成“細(xì)觀屈服區(qū)”的極限應(yīng)力是不同的。（3）激光沖擊處理對(duì)材料表面硬度的影響激光沖擊處理提高金屬表面的硬度是其強(qiáng)化作用的令一個(gè)重要方面。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)激光沖級(jí)強(qiáng)化后的焊縫在一周后未見腐蝕，而未經(jīng)強(qiáng)化的焊縫24小時(shí)后即出現(xiàn)嚴(yán)沖的腐蝕。激光沖擊強(qiáng)化后的塑性變形層深度、表面殘余壓應(yīng)力均與激光脈寬有關(guān)，采用較大的激光脈沖寬度可獲得較好的強(qiáng)化效果。在約束模式下沖擊波峰壓達(dá)到10GPa, 激光沖擊波的脈寬提高到激光脈沖寬度的23倍。 常見激光沖擊工藝激光沖擊工藝是一個(gè)復(fù)雜的過程，高壓高應(yīng)變下物態(tài)方程等眾多學(xué)科領(lǐng)域。（2）超快。最近Yilbas 等人研究了純鋁的激光沖擊強(qiáng)化特性，通過電鏡掃描發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部組織也會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)現(xiàn)象。同年美國(guó)加利福尼亞大學(xué)Lawrence Livermore國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室MIC（Metal Improvement .）開發(fā)研制了平均功率為600W、功率為3GW、每鐘能產(chǎn)生10 個(gè)脈沖釹玻璃激光器，成功用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)扇葉的強(qiáng)化，如圖6 所示。對(duì)數(shù)值分析過程中的關(guān)鍵問題和相關(guān)設(shè)置進(jìn)行了處理。 總體思路為：激光沖擊過程的動(dòng)態(tài)加載是復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)問題。因此，如何設(shè)置激光沖擊波載荷大小和加載方式是模擬激光沖擊強(qiáng)化的關(guān)鍵問題。但是JC模型實(shí)際上是將材料的力學(xué)行為歸結(jié)為應(yīng)變效應(yīng)、應(yīng)變速率效應(yīng)和溫度效應(yīng)相乘的一種經(jīng)驗(yàn)型本構(gòu)模型，這與材料的實(shí)際流變行為有些不一致，如JC模型中將應(yīng)變速率效應(yīng)看作是應(yīng)變速率對(duì)數(shù)的線性函數(shù)，這與一些材料的實(shí)際情況不太一致，為此有研究人員提出了應(yīng)變速率效應(yīng)是應(yīng)變速率對(duì)數(shù)的指數(shù)函數(shù)：式中：εｐ為塑性應(yīng)變；ε*＝ε／εo ，ε為無量綱應(yīng)變速率，εo為參考應(yīng)變速率；Ｔ*＝ （Ｔ－Ｔｒ）/（Ｔｍ－Ｔｒ），為無量綱溫度，Ｔ 為試驗(yàn)溫度，Ｔｒ?yàn)槭覝販囟?，Ｔｍ為金屬材料的熔點(diǎn)溫度；Ａ，Ｂ，Ｃ，ｎ，ｍ 為５個(gè)待定系數(shù)。因此，在激光沖擊強(qiáng)化模擬過程中，將沖擊波載荷簡(jiǎn)化為作用在沖擊區(qū)域內(nèi)隨時(shí)間和空間變化的壓力載荷，然后將其作為載荷直接作用在板料表面。（B） 激光誘導(dǎo)沖擊波壓力幅值時(shí)間曲線確定在有限元模擬過程中, 假設(shè)激光誘導(dǎo)沖擊波的空間分布是均勻的, 時(shí)間分布則由PVDF傳感器記錄的壓電信號(hào)經(jīng)積分運(yùn)算后得到, 積分公式為: （）式中, K為動(dòng)態(tài)標(biāo)定系數(shù), A為PVDF有效激活面積,R為PVDF兩極并聯(lián)電阻( 50歐 )。下圖為本論文模擬時(shí)的邊界約束： 第三章 激光沖擊中殘余應(yīng)力場(chǎng)的分析 激光沖擊處理工藝參數(shù)的選擇激光沖擊處理工藝參數(shù)指的是: 激光脈沖( 平均) 功率密度、光斑直徑和激光脈沖寬度( FWHM) ,三者之間的關(guān)系可以表示為:: （）其中, E 為激光脈沖能量, Io 為激光脈沖功率密度,D 為光斑直徑, S為激光脈沖寬度。因此對(duì)小孔進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化處理時(shí), 激光光斑直徑D 應(yīng)滿足: （） 激光脈沖寬度的選擇為了獲得較大的強(qiáng)化深度, 需要采用較大的激光脈沖寬度 。( a) , ( b) 可以看到, 激光沖擊強(qiáng)化后鋁合金的疲勞源位置與未經(jīng)激光沖擊強(qiáng)化的疲勞源位置有明顯不同。同時(shí), 表面殘余壓應(yīng)力與加載應(yīng)力疊加后使表面層總應(yīng)力降低, 致使表層的總