【正文】 , 呈現(xiàn)韌性材料的斷裂特點。一般，疲勞斷裂經(jīng)過三個階段：疲勞源萌生、疲勞裂紋擴(kuò)展和疲勞瞬斷。．9MPa和106．6MPa下的疲勞斷口不同區(qū)域粗糙度測量值，表中未沖擊樣(96．9MPa)代表末經(jīng)激光沖擊處理試樣在平均載荷96．9MPa下所對應(yīng)的疲勞斷口，激光沖擊樣(96．9MPa)代表經(jīng)激光沖擊處理后的試樣在平均載荷96．9MPa下所對應(yīng)的疲勞斷口，未沖擊樣(106．6MPa)和激光沖擊樣(106．6MPa)代表含義類似。2．?dāng)嗫诒砻娲植诙妊芯勘砻鳎浩跀嗫谘亓鸭y擴(kuò)展方向距疲勞源距離的增加粗糙度逐漸變大，這主要是因為裂紋擴(kuò)展的不同階段試樣承受載荷水平不同所致；在同一載荷水平下，激光沖擊處理后試樣疲勞斷口不同區(qū)域的粗糙度相比未沖擊處理試樣疲勞斷口對應(yīng)區(qū)域粗糙度較小，這是因為激光沖擊強(qiáng)化致使試樣表層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，高密度位錯及晶粒細(xì)化和位錯組織，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，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。在此向張興權(quán)教授以及學(xué)長們表示感謝，感謝這段日子對我的照顧和悉心教導(dǎo)。在這個過程中我學(xué)到的不止是對該論題的理解，還有在這個過程中我學(xué)到了科學(xué)的方法，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎挤绞剑唤z不茍的態(tài)度，以及對人生的規(guī)劃。說明同一處理狀態(tài)下，載荷越小，裂紋擴(kuò)展速率越小，裂紋擴(kuò)展步長越小，從而粗糙度越?。虎軐Ρ人姆N疲勞斷口的粗糙度，可發(fā)現(xiàn)，對于三個區(qū)域粗糙度平均值，其中激光沖擊樣在平均應(yīng)力96．9MPa下平均粗糙度最小，而未沖擊樣在平均應(yīng)力106．6MPa下平均粗糙度最大，其平均粗糙度大小排列順序依次為：激光沖擊樣(96．9MPa)未沖擊樣(96．9MPa)激光沖擊樣(106．6MPa)未沖擊樣(106．6MPa)，這與4種試樣所對應(yīng)的疲勞壽命大小順序相同，這說明斷面平均粗糙度與疲勞裂紋擴(kuò)展速率呈相同趨勢，且斷面平均粗糙度，疲勞壽命越大。斷口不同區(qū)域的粗糙程度反映了疲勞斷裂時不同時段試樣所承受的載荷信息。 瞬斷區(qū)的SEM 照片(a) 未受沖擊試樣。當(dāng)材料的Rb / R0. 2達(dá)1. 4時, 將表現(xiàn)出循環(huán)硬化現(xiàn)象。如圖所示, 未經(jīng)激光沖擊強(qiáng)化的材料疲勞裂紋擴(kuò)展速率明顯加快, 每一周期疲勞紋擴(kuò)展距離在3 Lm以上, 且紋之間產(chǎn)生的二次裂紋更多更明顯, 說明材料破壞向內(nèi)部擴(kuò)展。( a) ,（b） 可以看出, 激光沖擊強(qiáng)化試樣的裂紋擴(kuò)展速率要比未經(jīng)激光沖擊強(qiáng)化處理的試樣慢且疲勞紋間距更小。 ( b) 激光沖擊材料的疲勞區(qū)Fig . Morphology of the fatigue fracture ( a) nonlasershocked。 本論文所要研究的對象是以模擬鋁合金在沖擊前后應(yīng)力場的變化來近一步分析激光沖擊對小孔疲勞壽命的影響，下面是通過abaqus來模擬的不同時刻靶體的應(yīng)力場分布圖：0ns時的應(yīng)力分布100ns時的應(yīng)力分布200ns時的應(yīng)力分布300ns時的應(yīng)力分布400ns時的應(yīng)力分布500ns時的應(yīng)力分布 600ns時的應(yīng)力分布700ns時的應(yīng)力分布 動態(tài)導(dǎo)入靜態(tài)五 疲勞試樣斷口分析 疲勞斷口及疲勞行為分析 所示為激光沖擊強(qiáng)化和未經(jīng)激光沖擊強(qiáng)化鋁合金疲勞試驗斷口的掃描電鏡( SEM) 形貌。沿y 軸, 即?= 90176。無限單元體的引入可以作為一種?? 靜??邊界條件處理。在Fabbro R 等人的研究基礎(chǔ)上, 考慮到表面涂層的吸收率和約束層的透射率, 激光誘導(dǎo)的沖擊波峰值壓力也可以表示為 : （）式中, P為激光誘導(dǎo)的沖擊波峰值壓力, Io為激光脈沖功率密度, M為約束層對激光的透射率。所以應(yīng)注意增加網(wǎng)格數(shù)量后的經(jīng)濟(jì)性。選擇本構(gòu)模型最核心的一點是：利用某本構(gòu)模型擬合得到的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)應(yīng)最大程度上能反映你所使用的實驗數(shù)據(jù)，吻合程度越好，說明選擇的模型對這組材料越適合。另外, 在模擬單點多次激光沖擊形成的殘余應(yīng)力場時,第一次沖擊計算得到的殘余應(yīng)力、應(yīng)變值應(yīng)作為初始值讀入顯式積分算法模塊中, 以進(jìn)行第二次沖擊波加載的有限元計算。本文以ABAQUS軟件為平臺，建立激光沖擊強(qiáng)化前后的疲勞壽命預(yù)測模型，模擬時主要研究激光沖擊誘導(dǎo)的殘余應(yīng)力場及塑形變形兩者的協(xié)同效應(yīng)，分析其對疲勞壽命的影響機(jī)理。據(jù)報道僅僅石油管道焊縫的處理就達(dá)10 億美元以上的收益。在激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的工程應(yīng)用方面，美國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化時代。隨后在對2024 T351 鋁合金試件進(jìn)行激光沖擊試驗中，發(fā)現(xiàn)激光沖擊后表面硬度有較大的提高，如圖 所示；另外實驗還表明，激光沖擊后的在材料表面產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力的大小及其作用深度較傳統(tǒng)處理方式有很大的改善。 激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的研究與應(yīng)用 激光沖擊強(qiáng)化是利用強(qiáng)激光誘導(dǎo)的高達(dá)數(shù)G 帕的沖擊波壓力使材料表層發(fā)生微觀塑性變形，形成殘余壓應(yīng)力層，從而有效地改善了金屬材料的機(jī)械性能，特別能大幅度提高材料的疲勞壽命、抗應(yīng)力腐蝕性能。同時采用水作為約束層存在缺點：剛性差異導(dǎo)致約束效果不及玻璃；高功率下易產(chǎn)生擊穿等離子體；高沖擊頻率下，水層飛濺，光路上的水珠和水霧對激光形成散射。B 約束層在涂層的外面覆蓋的一層透明材料稱之為約束層。從式中看出，在材料和約束層一定的情況下，激光功率密度越大，沖擊波的峰值壓力越大。（4）激光沖擊處理對耐磨性能及腐蝕性能的影響激光沖擊強(qiáng)化也可以改善耐磨性能和腐蝕性能。鄒世坤等研究了激光沖擊處理金屬板材后的裂紋擴(kuò)展速率，最大幅度可降到原來的1/，激光沖擊處理可顯著降低鋁合金的疲勞裂紋擴(kuò)展速率。如生成的大量位錯可以提高材料表面的硬度和強(qiáng)度；細(xì)化晶粒不僅能提高材料的強(qiáng)度，還能提高材料表面的塑形和韌性；塑形變形可以在材料表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，從而提高材料的疲勞壽命。上下表層為殘余壓應(yīng)力機(jī)械噴丸成型后板料的特點：A 上下表層為殘余壓應(yīng)力 B 受噴表層的材料組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化C 受噴表面變得粗糙 激光沖擊技術(shù) 激光沖擊強(qiáng)化的原理 激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)能提高許多金屬材料的抗疲勞斷裂性能, 該技術(shù)利用高功率密度(大于1 0s w /c m Z )和短脈沖寬度(幾十納秒)的激光束輻照金屬表面, 使金屬表面的涂層材料瞬時汽化、膨脹、爆炸, 產(chǎn)生一個向金屬內(nèi)部傳播的壓力沖擊波, 該沖擊波的峰值壓力高于金屬材料的動態(tài)屈服極限, 使金屬材料產(chǎn)生密集、均勻和穩(wěn)定的位錯密度。加套擠壓(圖b )所用芯棒的最大直徑略小于孔徑, 開縫襯套( 內(nèi)壁帶干態(tài)潤滑膜) 在擠壓前預(yù)先套在芯棒小徑部位。激光沖擊波技術(shù)利用其極高的沖擊壓力,對材料作沖擊改性處理, 在金屬的沖擊強(qiáng)化處理和材料的沖擊精密成型等領(lǐng)域已獲得廣泛的應(yīng)用。裂紋的疲勞破壞是造成結(jié)構(gòu)破壞的一項重要因素。 Residual stress field。鋁合金小孔是構(gòu)件上典型的應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，在交變載荷作用下極易產(chǎn)生疲勞裂紋，造成疲勞斷裂。最后通過仿真分析式樣開孔前后殘余應(yīng)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。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。但是, 鋁合金也存在諸多問題, 如在氯離子及堿性介質(zhì)存在的情況下,極易發(fā)生點腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等多種形式的破壞, 硬度較低、摩擦系數(shù)高、磨損大, 容易拉傷且難以潤滑導(dǎo)致鋁合金耐磨性差。冷擠壓能在孔周圍產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的強(qiáng)化層, 是最有效、簡便、實用的工程強(qiáng)化方法。它用以成形外形變化平緩的蒙皮類鈑金件, 這些零件可以是等厚板、變厚度板和帶筋整體壁板, 是飛機(jī)工業(yè)成形整體壁板和整體厚蒙皮零件的主要方法之一。對于發(fā)動機(jī)葉片等對表面形變特別敏感的零部件，沖擊強(qiáng)化后 激光沖擊強(qiáng)化的效應(yīng)從材料損傷的角度來看, 不論是疲勞還是動態(tài)破壞, 都是一個微裂紋( 或空洞) 成核、演化和失效破壞的連續(xù)過程, 材料損傷演化過程是全體裂紋共同作用的結(jié)果, 因此研究裂紋萌生、擴(kuò)展問題具有重要意義。（2）激光沖擊對裂紋擴(kuò)展的影響激光沖擊強(qiáng)化對裂紋擴(kuò)展的抑制作用十分明顯，其機(jī)理可以從如下方面闡述：殘余壓應(yīng)力場阻礙疲勞裂紋的擴(kuò)展，對短裂紋不僅可以使其擴(kuò)展速率大幅度下降，進(jìn)而形成非擴(kuò)展裂紋，并且大大提高疲勞短裂紋的閉合力，從而使強(qiáng)化件的疲勞強(qiáng)度得到提高。此外，激光沖擊強(qiáng)化還可以有效地強(qiáng)化某些金屬的焊縫區(qū)。目前國內(nèi)外研究人員越來越多的關(guān)注激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)工藝研究。 能量吸收層和約束層能量吸收層產(chǎn)生等離子體，約束層延長等離子體的噴射時間，增加了沖擊壓力和作用時間。約束層主要采用K9 光學(xué)玻璃、有機(jī)玻璃、硅膠、合成樹脂和水等。當(dāng)沖擊波的峰值壓力超過金屬材料的動態(tài)屈服強(qiáng)度時，將使金屬表面產(chǎn)生一定的塑形變形，同時使金屬材料的組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，從而實現(xiàn)材料表面強(qiáng)化，改善了材料的疲勞性能。（3）無機(jī)械和熱應(yīng)力損傷。Senecha 等人研究了激光誘導(dǎo)的沖擊波在鋁薄片中的傳播，表明數(shù)值模擬可以很好計算激光吸收系數(shù)。2002 年，美國MIC 公司將激光沖擊強(qiáng)化用于葉片生產(chǎn)線，如圖 所示，每月可節(jié)約飛機(jī)保養(yǎng)費、零件更換費幾百萬美元，隨后擴(kuò)展應(yīng)用于F16 戰(zhàn)斗機(jī)及最先進(jìn)的F22 戰(zhàn)斗機(jī)。3. 研究激光搭接沖擊強(qiáng)化技術(shù)，同樣進(jìn)行數(shù)值模擬，對比分析丌孔前后殘余應(yīng)力場的變化，然后在不同疲勞載荷下進(jìn)行疲勞數(shù)值分析，最后研究疲勞性能。