【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．斷口表面粗糙度研究表明：疲勞斷口沿裂紋擴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區(qū)域粗糙度較小，這是因為激光沖擊強化致使試樣表層產(chǎn)生了殘余壓應力，高密度位錯及晶粒細化和位錯組織，使得沖擊面抗疲勞性能增強，疲勞裂紋擴展于此區(qū)域時，主裂紋的擴展受到一定阻力，途中突然發(fā)生轉折，朝向材料強度薄弱方向擴展。在此向張興權教授以及學長們表示感謝，感謝這段日子對我的照顧和悉心教導。在這個過程中我學到的不止是對該論題的理解，還有在這個過程中我學到了科學的方法，嚴謹?shù)乃伎挤绞?，一絲不茍的態(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，裂紋擴展速率越小，裂紋擴展步長越小，從而粗糙度越小；④對比四種疲勞斷口的粗糙度，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力96．9MPa下平均粗糙度最小，而未沖擊樣在平均應力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。當材料的Rb / R0. 2達1. 4時, 將表現(xiàn)出循環(huán)硬化現(xiàn)象。如圖所示, 未經(jīng)激光沖擊強化的材料疲勞裂紋擴展速率明顯加快, 每一周期疲勞紋擴展距離在3 Lm以上, 且紋之間產(chǎn)生的二次裂紋更多更明顯, 說明材料破壞向內部擴展。( a) ,（b） 可以看出, 激光沖擊強化試樣的裂紋擴展速率要比未經(jīng)激光沖擊強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力場分布圖：0ns時的應力分布100ns時的應力分布200ns時的應力分布300ns時的應力分布400ns時的應力分布500ns時的應力分布 600ns時的應力分布700ns時的應力分布 動態(tài)導入靜態(tài)五 疲勞試樣斷口分析 疲勞斷口及疲勞行為分析 所示為激光沖擊強化和未經(jīng)激光沖擊強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 等人的研究基礎上, 考慮到表面涂層的吸收率和約束層的透射率, 激光誘導的沖擊波峰值壓力也可以表示為 : （）式中, P為激光誘導的沖擊波峰值壓力, Io為激光脈沖功率密度, M為約束層對激光的透射率。所以應注意增加網(wǎng)格數(shù)量后的經(jīng)濟性。選擇本構模型最核心的一點是：利用某本構模型擬合得到的應力應變數(shù)據(jù)應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力場時,第一次沖擊計算得到的殘余應力、應變值應作為初始值讀入顯式積分算法模塊中, 以進行第二次沖擊波加載的有限元計算。本文以ABAQUS軟件為平臺，建立激光沖擊強化前后的疲勞壽命預測模型，模擬時主要研究激光沖擊誘導的殘余應力場及塑形變形兩者的協(xié)同效應，分析其對疲勞壽命的影響機理。據(jù)報道僅僅石油管道焊縫的處理就達10 億美元以上的收益。在激光沖擊強化技術的工程應用方面，美國等工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)進入了商業(yè)化時代。隨后在對2024 T351 鋁合金試件進行激光沖擊試驗中，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。 激光沖擊強化技術的研究與應用 激光沖擊強化是利用強激光誘導的高達數(shù)G 帕的沖擊波壓力使材料表層發(fā)生微觀塑性變形，形成殘余壓應力層，從而有效地改善了金屬材料的機械性能，特別能大幅度提高材料的疲勞壽命、抗應力腐蝕性能。同時采用水作為約束層存在缺點：剛性差異導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展速率。如生成的大量位錯可以提高材料表面的硬度和強度；細化晶粒不僅能提高材料的強度，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)生殘余壓應力，從而提高材料的疲勞壽命。上下表層為殘余壓應力機械噴丸成型后板料的特點：A 上下表層為殘余壓應力 B 受噴表層的材料組織結構發(fā)生變化C 受噴表面變得粗糙 激光沖擊技術 激光沖擊強化的原理 激光沖擊強化技術能提高許多金屬材料的抗疲勞斷裂性能, 該技術利用高功率密度(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( 內壁帶干態(tài)潤滑膜) 在擠壓前預先套在芯棒小徑部位。激光沖擊波技術利用其極高的沖擊壓力,對材料作沖擊改性處理, 在金屬的沖擊強化處理和材料的沖擊精密成型等領域已獲得廣泛的應用。裂紋的疲勞破壞是造成結構破壞的一項重要因素。 Residual stress field。鋁合金小孔是構件上典型的應力集中結構細節(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存在的情況下,極易發(fā)生點腐蝕、縫隙腐蝕、應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致鋁合金耐磨性差。冷擠壓能在孔周圍產(chǎn)生殘余壓應力的強化層, 是最有效、簡便、實用的工程強化方法。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)動機葉片等對表面形變特別敏感的零部件，沖擊強化后 激光沖擊強化的效應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果, 因此研究裂紋萌生、擴展問題具有重要意義。（2）激光沖擊對裂紋擴展的影響激光沖擊強化對裂紋擴展的抑制作用十分明顯，其機理可以從如下方面闡述：殘余壓應力場阻礙疲勞裂紋的擴展，對短裂紋不僅可以使其擴展速率大幅度下降，進而形成非擴展裂紋，并且大大提高疲勞短裂紋的閉合力，從而使強化件的疲勞強度得到提高。此外，激光沖擊強化還可以有效地強化某些金屬的焊縫區(qū)。目前國內外研究人員越來越多的關注激光沖擊強化技術的基礎理論與基礎工藝研究。 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 光學玻璃、有機玻璃、硅膠、合成樹脂和水等。當沖擊波的峰值壓力超過金屬材料的動態(tài)屈服強度時，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構和應力狀態(tài)發(fā)生改變，從而實現(xiàn)材料表面強化，改善了材料的疲勞性能。（3）無機械和熱應力損傷。Senecha 等人研究了激光誘導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 公司將激光沖擊強化用于葉片生產(chǎn)線，如圖 所示，每月可節(jié)約飛機保養(yǎng)費、零件更換費幾百萬美元，隨后擴展應用于F16 戰(zhàn)斗機及最先進的F22 戰(zhàn)斗機。3. 研究激光搭接沖擊強化技術，同樣進行數(shù)值模擬，對比分析丌孔前后殘余應力場的變化，然后在不同疲勞載荷下進行疲勞數(shù)值分析，最后研究疲勞性能。