碩士論文激光噴丸強(qiáng)化ti6al4v航空鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展性能研究畢設(shè)論文-資料下載頁(yè)
2025-07-27 11:13本頁(yè)面
【正文】 元，從而克服了在裂紋尖端高等應(yīng)力和變形集中區(qū)進(jìn)行高密度網(wǎng)格劃分所產(chǎn)生的困難；2）采用其他方法確定裂紋的實(shí)際位置，模擬裂紋的生長(zhǎng)；3）擴(kuò)展有限元法借助對(duì)研究問(wèn)題的現(xiàn)有認(rèn)識(shí)，改進(jìn)影響域內(nèi)單元的形函數(shù)，以反映裂紋的存在和生長(zhǎng)；4）擴(kuò)展有限元由于保留了通用有限元的所有優(yōu)點(diǎn)，其單元?jiǎng)偠染仃嚲哂泻屯ㄓ糜邢拊粯拥膶?duì)稱、帶狀和稀疏性，使得其計(jì)算量不會(huì)很大。由于上述優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)展有限元XFEM在短短的幾年間得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。[22]擴(kuò)展有限元法基于單位分解思想，以有限元法為基本框架，在其位移模式中加入能夠反映裂紋不連續(xù)性的附加函數(shù)，通常為跳躍函數(shù)和漸進(jìn)位移場(chǎng)函數(shù)。擴(kuò)展有限元法的求解過(guò)程類似于有限元法，但是網(wǎng)格和裂紋獨(dú)立的特點(diǎn)使得其特別適合斷裂分析。擴(kuò)展有限元 位移模式是在常規(guī)有限元的基礎(chǔ)上，加入反映位移不連續(xù)性的附加函數(shù)： ()式中： 是所有結(jié)點(diǎn)的集合；是被裂紋完全貫穿單元的結(jié)點(diǎn)集合（‘□’ 表示）；為含有裂尖單元的結(jié)點(diǎn)集合（‘○’ 表示）；、分別為相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的形函數(shù)；、分別為相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的位移。被裂紋貫穿的單元及含有裂尖的單元由于其結(jié)點(diǎn)被附加以新的自由度，統(tǒng)稱為加強(qiáng)單元。 2. FRANC2D/L軟件 FRANC2D/L模擬裂紋擴(kuò)展流程圖[23]FRANC2D/L軟件是美國(guó)康奈爾大學(xué)斷裂工程組（Cornell Fracture Group）在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金、NASA、波音飛機(jī)、美國(guó)空軍等機(jī)構(gòu)的自主下開發(fā)的，其具備建模、應(yīng)力分析、裂紋擴(kuò)展等通用功能。FRANC2D/L軟件是基于工作站的分析軟件，可以在眾多操作系統(tǒng)和平臺(tái)下運(yùn)行，例如可以在MS Win NT/2000/XP下安裝Cygwin/Xfree86/Exceed操作平臺(tái)運(yùn)行，也可以直接在Red Hat Linux ES等操作系統(tǒng)下運(yùn)行。FRANC2D/L因其開發(fā)時(shí)間較早，并且二維斷裂問(wèn)題處理過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，所以FRANC2D/L軟件技術(shù)成熟、計(jì)算可靠。FRANC2D/L在處理線彈性材料Ⅰ型、Ⅰ/Ⅱ復(fù)合型以及彈塑性材料Ⅰ型動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展方面具有優(yōu)秀的性能，但是，其對(duì)于彈塑性材料的Ⅱ型或Ⅰ/Ⅱ復(fù)合型裂紋擴(kuò)展的計(jì)算性能并不突出。一個(gè)完整的FRANC2D/L模擬裂紋的擴(kuò)展過(guò)程一般可以分為三個(gè)步驟：前處理、模擬計(jì)算和后處理。3. [24]是一款通用性很強(qiáng)的基于有限元分析結(jié)果進(jìn)行疲勞分析的工具，可以靈活地用來(lái)預(yù)測(cè)各種復(fù)雜零件和結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。它可以在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)初級(jí)階段對(duì)零部件或者結(jié)構(gòu)件進(jìn)行疲勞分析，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)品壽命的目的。，, 。，或者由用戶根據(jù)需要自己提供。，并優(yōu)化產(chǎn)品的重量和形狀。 作為專業(yè)耐久性疲勞壽命分析軟件。另外，：(1)根據(jù)曲線進(jìn)行全壽命分析；(2)根據(jù)曲線進(jìn)行裂紋萌生壽命分析；(3)根據(jù)線彈性破壞力學(xué)進(jìn)行裂紋擴(kuò)展分析；(4)利用裂紋萌生和總壽命分析方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的無(wú)限壽命安全分析；(5)焊接和點(diǎn)焊疲勞分析；(6)有效的振動(dòng)疲勞分析；(7)方便的交互式優(yōu)化設(shè)計(jì)；(8)先進(jìn)的多軸疲勞分析；(9)豐富的疲勞材料數(shù)據(jù)庫(kù)和載荷時(shí)間歷程數(shù)據(jù)庫(kù)管理器。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容及手段本文以航空用Ti6Al4V鈦合金薄板件為研究對(duì)象，研究室溫下激光噴丸強(qiáng)化技術(shù)對(duì)該型鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展及疲勞壽命的影響。對(duì)激光噴丸前后試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展速率、疲勞壽命、試樣疲勞斷口微觀組織及疲勞條帶間距等進(jìn)行了細(xì)致的對(duì)比和深入的研究，從線彈性斷裂力學(xué)與彈塑性斷裂力學(xué)的角度出發(fā)，基于試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬手段，揭示激光噴丸強(qiáng)化技術(shù)對(duì)Ti6Al4V航空鈦合金的延壽機(jī)理。各種數(shù)值模擬軟件的使用為該課題的試驗(yàn)提供了強(qiáng)有力的參考及指導(dǎo)，本文指出了各軟件的各自優(yōu)缺點(diǎn)以及對(duì)于激光噴丸強(qiáng)化鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展性能的適用性。本課題主要研究?jī)?nèi)容如下：(1) 以線彈性及彈塑性斷裂力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合激光噴丸強(qiáng)化誘導(dǎo)殘余應(yīng)力分布情況，研究在殘余應(yīng)力場(chǎng)中擴(kuò)展的疲勞裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值及材料性能，探討了航空Ti6Al4V鈦合金激光噴丸后疲勞門檻值、疲勞裂紋擴(kuò)展速率及疲勞壽命的變化情況。(2) 以航空用Ti6Al4V鈦合金薄板件為研究對(duì)象， 數(shù)值分析平臺(tái)，對(duì)激光噴丸強(qiáng)化及疲勞裂紋擴(kuò)展性能進(jìn)行了分析，探索了激光噴丸強(qiáng)化對(duì)鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展性能的影響。與此同時(shí)，運(yùn)用高功率Nd:YAG激光器對(duì)航空鈦合金材料進(jìn)行了不同工藝參數(shù)下激光噴丸強(qiáng)化試驗(yàn)，對(duì)激光噴丸后試樣表面及次表面的殘余應(yīng)力分布進(jìn)行了X射線衍射測(cè)定；使用MTS809材料測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，得到了疲勞裂紋擴(kuò)展速率及疲勞壽命分布。(3) 利用掃描電子顯微鏡( SEM)對(duì)Ti6Al4V鈦合金疲勞斷口進(jìn)行分析，對(duì)疲勞斷口表面的微觀組織進(jìn)行了觀察，對(duì)不同處理工藝下疲勞條帶間距進(jìn)行了對(duì)比，揭示了疲勞裂紋擴(kuò)展速率與材料內(nèi)部微觀組織之間的聯(lián)系，從而闡明了激光噴丸強(qiáng)化對(duì)于鈦合金延壽機(jī)理的作用。 激光噴丸強(qiáng)化鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展特性研究流程圖本文研究?jī)?nèi)容得到如下基金資助：“基于動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的激光溫噴丸強(qiáng)化延壽基礎(chǔ)研究”，項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：2. 江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“金屬構(gòu)件激光噴丸的疲勞裂紋擴(kuò)展特性及延壽機(jī)理研究”，項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：3. 江蘇省高校自然科學(xué)基金項(xiàng)目“納秒激光噴丸的疲勞裂紋擴(kuò)展特性及控制方法研究”，項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：
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