【正文】 （）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。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。根據(jù)激光脈沖作用時間和實驗記錄的脈沖信號，可以將激光誘導的沖擊波載荷按照激光脈沖信號的分布，采取分段逐次逼近的辦法實現(xiàn)激光脈沖載荷的加載。 rate c39。無限單元體的引入可以作為一種?? 靜??邊界條件處理。在有限元模擬過程中還考慮了幾何非線性的影響。因此激光沖擊處理工藝參數(shù)的選擇實質(zhì)上是對激光脈沖功率密度、光斑直徑和激光脈沖寬度的選擇?！hin,infinite plate with a circular hole subjected to uniaxial tensile stress對于無孔的平板, 板中的各應力分量為: （）當在平板上開一個直徑為d 的小孔后, 板中的各應力分量為: （） 所示的條件下, 小孔的疲勞裂紋是沿y 軸方向形成和擴展的。沿y 軸, 即?= 90176。因此在激光沖擊處理小孔時, 為降低應力集中所產(chǎn)生的最大應力, 提高小孔抗疲勞斷裂能力, 應使小孔在3d 的范圍內(nèi)得到強化。但是, 過大的激光脈沖寬度易造成金屬表面燒蝕 。 激光沖擊的前過程是個動態(tài)過程，通過激光沖擊與材料表面作用而產(chǎn)生力的變化，以此來實現(xiàn)彈性性變。 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。疲勞源的形成位置與試樣表面的微觀缺陷、加工質(zhì)量和殘余應力狀態(tài)有密切的關(guān)系。( a) 為未經(jīng)激光沖擊強化鋁合金疲勞斷口, 呈現(xiàn)疲勞源形成和擴展的典型特征?？梢娮云谠雌? 疲勞裂紋以扇面放射方式向平面四周擴展, 并呈解理脆性狀疲勞斷口形貌, 這符合高強度鋁合金的疲勞特征。 ( b) 激光沖擊材料的疲勞區(qū)Fig . Morphology of the fatigue fracture ( a) nonlasershocked。因為經(jīng)激光沖擊強化后試樣表面產(chǎn)生了很大的殘余壓應力, 它能顯著而有效地降低尖角等應力集中部位的拉應力峰值。雖然疲勞裂紋的擴展也呈扇形放射狀, 但在表層殘余壓應力的作用下, 向表層方向的擴展受到了阻礙, ( b) 所示。在裂紋擴展第二階段初期, 斷口的微觀形貌上出現(xiàn)典型的垂直于解理臺階的疲勞紋, 即垂直于裂紋擴展方向, 由于晶界、第二相等的存在, 有時會發(fā)生一定角度偏離主擴展方向, 。( 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。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。而沒有殘余壓應力的普通試樣則留下清晰的疲勞紋。 ( b) 激光沖擊試樣疲勞斷口的疲勞紋 SEM photos at the beginning of stage in fatigue crack propagation zone. ( a ) fatigue striations of nonlasershocked sample。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(nèi)部擴展?？梢宰⒁獾? 在激光沖擊強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, ( b) 所示。 ( b) 激光沖擊試樣疲勞斷口的疲勞紋 SEM photo sat the ending of II stage in fat iguecrack propagation zone. ( a ) fatigue striations of nonlasershocked sample。當材料的Rb / R0. 2達1. 4時, 將表現(xiàn)出循環(huán)硬化現(xiàn)象。 為疲勞試樣瞬時破斷區(qū)的SEM 形貌圖。瞬斷區(qū)主要由大小不同、偏向一側(cè)的韌窩組成, 呈現(xiàn)韌性材料的斷裂特點。未經(jīng)激光沖擊強化的材料, 斷裂時的真實應力較大, 最后瞬時斷裂速度大, 在斷口上呈現(xiàn)大小較均勻的韌窩。 瞬斷區(qū)的SEM 照片(a) 未受沖擊試樣。 ( b) lasershocked sample 斷口表面粗糙度分析粗糙度是裂紋擴展方式的直接結(jié)果。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。而隨著疲勞裂紋穩(wěn)定擴展，裂紋尺寸不斷增大，實際承受載荷有效面積逐漸減小，試樣的受力狀態(tài)發(fā)生改變，試樣承受應力逐漸增大，裂紋閉合效應逐步減弱，疲勞裂紋擴展速率加快，裂紋擴展步長增大，造成該區(qū)域粗糙度增大。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。測量區(qū)域面積為120x91pm2，每個斷i：3選取三個測量區(qū)域：疲勞源區(qū)，距疲勞源0．5mm區(qū)，距疲勞源1．0mm區(qū)。．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。（a） 疲勞源區(qū)（a）The region of the crack initiation（b）距疲勞源0．5ram區(qū)Fig（b）0．5mm away from the crack initiation（c）距疲協(xié)源1．Omm (c) away from the crack initiation表5．7激光沖擊與未沖擊試樣在不同平均應力水平下疲勞斷口不同區(qū)域粗糙度值Table 5．7 Roughness of fatigue fracture of untreated specimen and specimen by LSP圖5．8為不同處理狀態(tài)下疲勞斷口不同區(qū)域粗糙度對比坐標圖。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。Fig． Roughness of fatigue fracture under different treatments 本章總結(jié)1．疲勞斷口分析表明：對于未沖擊試樣，疲勞源出現(xiàn)于小孑L邊緣附近，裂紋擴展呈放射狀，而對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，裂紋擴展呈弧線狀，這主要是因為激光沖擊強化后在材料表層產(chǎn)生了殘余壓應力，以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(zhuǎn)折，朝向材料強度薄弱方向擴展。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(zhuǎn)折，朝向材料強度薄弱方向擴展。致 謝在***教授的引導以及各位師兄的幫助下，我最終完成了論文。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。我是一個將要踏上社會的青年，我要將我在學校里學到的東西帶入社會，在同學和父母的支持下，我相信我會走的更遠。在此向張興權(quán)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。在此項向你們深感表謝，有你們的支持我會飛的更高，因為你們給了我永不停止的動力！ 參考文獻