激光沖擊對(duì)小孔疲勞壽命的影響畢業(yè)論文-資料下載頁

　　

【正文】 間斷裂形成的瞬斷面，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(diǎn)。，在激光沖擊強(qiáng)化試樣上，由于殘余應(yīng)力的作用，最終斷裂速度變慢，在斷口上揭示出原材料的一些晶體特征。而下部分則是裂紋擴(kuò)展區(qū)，裂紋擴(kuò)展區(qū)是斷口中最重要的特征區(qū)域，其區(qū)域大小與材料的性質(zhì)和所承受的載荷水平有關(guān)，疲勞擴(kuò)展區(qū)域與疲勞瞬斷區(qū)有明顯的分界線，裂紋擴(kuò)展區(qū)的斷面較光滑，平整。 LY12CZ航空鋁合金小孔試件的微觀斷口在循環(huán)載荷作用下, 裂紋擴(kuò)展進(jìn)入第二階段。在裂紋擴(kuò)展第二階段, 斷口的微觀形貌上出現(xiàn)了垂直于裂紋擴(kuò)展方向的裂紋，由于晶界、第二相等的存在，有時(shí)會(huì)發(fā)生一定角度偏離主擴(kuò)展方向，(a)和(b)，由圖可知經(jīng)過激光沖擊強(qiáng)化的疲勞裂紋在擴(kuò)展的過程中呈現(xiàn)出停滯和斷裂的現(xiàn)象，并且裂紋的方向發(fā)生了改變，形成了二次裂紋擴(kuò)展，二次擴(kuò)展裂紋與原始擴(kuò)展裂紋相比要細(xì)且伴隨有局部的韌窩現(xiàn)象。，為疲勞斷口韌窩形貌圖。 （a） LY12CZ航空鋁合金疲勞斷口二次裂紋擴(kuò)展 （b） LY12CZ航空鋁合金疲勞斷口二次裂紋擴(kuò)展 由于加載應(yīng)力大于試驗(yàn)材料的屈服強(qiáng)度，金屬在每一周期都有一定量的塑性變形，所以材料處于彈塑性應(yīng)變狀態(tài)，產(chǎn)生的應(yīng)變包括彈性應(yīng)變量和塑性應(yīng)變量。當(dāng)材料的/，將表現(xiàn)出循環(huán)硬化現(xiàn)。從疲勞斷口的擠壓程度可以看到，材料在應(yīng)變過程中尚有相當(dāng)大的塑性形變，其產(chǎn)生的形變抗力將使材料產(chǎn)生一定的循環(huán)硬化效應(yīng)，這種疲勞過程中的強(qiáng)化效應(yīng)抑制了二次裂紋的發(fā)生，也在一定程度上提高了材料的疲勞性能。 疲勞斷口韌窩形貌圖 斷口表面粗糙度分析，采用WYKO NT 9100型非接觸式光學(xué)輪廓儀對(duì)各個(gè)斷口不同區(qū)域的粗糙度進(jìn)行了測(cè)量。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)。 疲勞斷裂經(jīng)過三個(gè)階段：疲勞裂紋源萌生、疲勞裂紋擴(kuò)展和疲勞瞬。由于疲勞源區(qū)最早形成，且裂紋擴(kuò)展速率緩慢，擴(kuò)展步長(zhǎng)較小。而且，由于裂紋閉合效應(yīng)，兩個(gè)匹配斷口反復(fù)張開與閉合，不斷摩擦使得源區(qū)的光澤較亮、粗糙度較小。而隨著疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展，裂紋尺寸不斷增大，實(shí)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(yīng)力逐漸增大，裂紋閉合效應(yīng)逐步減弱，疲勞裂紋擴(kuò)展速率加快，裂紋擴(kuò)展步長(zhǎng)增大，造成該區(qū)域粗糙度增大。當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸時(shí)，試樣出現(xiàn)瞬斷，形成瞬斷區(qū)域，斷面起伏較大，其特征與靜載拉伸斷口較為相似。斷口不同區(qū)域的粗糙程度反映了疲勞斷裂時(shí)不同時(shí)段試樣所承受的載荷作用。 WYKO NT 9100硝1F接觸式光學(xué)輪廓儀 圖5．14示為激光沖擊處理試樣對(duì)應(yīng)平均應(yīng)力96．9MPa下疲勞斷口不同區(qū)域粗糙度。 （a） 疲勞源區(qū)（b） mm區(qū)（c） mm處 ，在同種情況下，越靠近疲勞源處越精確（即粗糙度小），而在一定范圍內(nèi)離疲勞裂紋源越遠(yuǎn)越粗糙，這是因?yàn)殡S著疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展，裂紋閉合效應(yīng)逐步減弱，疲勞裂紋擴(kuò)展速率加快，故其粗糙度值越大，所以有效抑制疲勞裂紋的擴(kuò)展，可以提高表面粗糙度。．9MPa和106．6MPa下的疲勞斷口不同區(qū)域粗糙度測(cè)量值。 表5．7激光沖擊與未受沖擊試樣在不同應(yīng)力水平下疲勞斷口不同區(qū)域粗糙度值粗糙度Ra/未沖擊樣（）激光沖擊樣（）未沖擊樣（）激光沖擊樣（）疲勞源區(qū)R粗糙度平均值（R+R+R）/3。 ①四種不同處理狀態(tài)下的疲勞斷口，沿裂紋擴(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?yàn)榱鸭y擴(kuò)展的不同階段試樣承受載荷水平不同所致。 ②在同一載荷水平下，激光沖擊處理后疲勞斷口不同區(qū)域的粗糙度整體相比未受沖擊處理斷口較小，這可能是因?yàn)榧す鉀_擊強(qiáng)化致使試樣表層產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力，抑制了裂紋擴(kuò)展速度，裂紋擴(kuò)展步長(zhǎng)減小，因此粗糙度變小； ③在同一種處理狀態(tài)不同載荷下。說明同一種處理狀態(tài)下，載荷越小，裂紋擴(kuò)展速率越小，裂紋擴(kuò)展步長(zhǎng)越小，從而粗糙度越小； ④對(duì)比四種疲勞斷口的粗糙度，可發(fā)現(xiàn)，對(duì)于三個(gè)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，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)， 不同處理狀態(tài)下疲勞斷口不同區(qū)域粗糙度對(duì)比這與4種試樣所對(duì)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)展速率呈現(xiàn)相同趨勢(shì)，且斷面平均粗糙度，疲勞壽命越大。故可得出結(jié)論，疲勞斷面粗糙度在一定程度上反應(yīng)了材料抗疲勞性能的強(qiáng)弱，激光沖擊強(qiáng)化誘導(dǎo)材料表層產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力與外載荷疊加，降低了試樣應(yīng)力水平，抑制了裂紋擴(kuò)展速率，裂紋擴(kuò)展步長(zhǎng)減小，裂紋閉合效應(yīng)增強(qiáng)，表現(xiàn)出斷面粗糙度較小。 本章總結(jié)本章是本論文的核心部分，通過實(shí)驗(yàn)分析激光沖擊對(duì)殘余應(yīng)力，疲勞壽命及表面硬度的影響，實(shí)驗(yàn)時(shí)以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析為主，而不是以模擬分析代替，所的出來的結(jié)果更有說服力。（1）殘余應(yīng)力是激光沖擊要得到的重要部分，通過分析殘余應(yīng)力分布，就可以更加清楚地分析疲勞壽命。（2）硬度是材料的重要性質(zhì)，提高硬度，會(huì)使材料應(yīng)用價(jià)值更大。本實(shí)驗(yàn)說明了理沖擊區(qū)越遠(yuǎn)沖擊效果越差。（3），這個(gè)結(jié)果是積極的，這也許能為激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展起到巨大作用。斷口分析更清晰反映出了裂紋擴(kuò)展機(jī)理，這對(duì)于研究疲勞裂紋有著很大的作用，裂紋是一定存在的，但可以盡量消除一部分，延長(zhǎng)其疲勞壽命，所以通過斷口分析我們可以更好地去找出提高疲勞壽命的方法。（4）對(duì)于單面激光沖擊處理后的試樣，疲勞裂紋源在試樣未受沖擊面的小孔邊緣附近，裂紋擴(kuò)展呈弧線狀，而對(duì)于未受沖擊試樣，疲勞裂紋源在小孔邊緣附近，裂紋擴(kuò)展呈放射狀，激光沖擊強(qiáng)化處理改變了裂紋擴(kuò)展方向，抑制了裂紋擴(kuò)展速率，從而提高了試樣的疲勞壽命。（5）疲勞斷口沿裂紋擴(kuò)展方向距疲勞源距離的增加粗糙度逐漸變大，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)域的粗糙度相比未受沖擊處理試樣疲勞斷口對(duì)應(yīng)區(qū)域粗糙度較小。 第5章 總結(jié)與展望 總結(jié) 激光沖擊處理技術(shù)是一項(xiàng)全新的科學(xué)技術(shù)，近年來在抗疲勞制造領(lǐng)域已越來越受到重視。本文先通過數(shù)值模擬分析殘余應(yīng)力場(chǎng)，然后通過實(shí)驗(yàn)來分析疲勞壽命，并且對(duì)斷口進(jìn)行了分析：（1） 通過ABAQUS軟件對(duì)研究對(duì)象做了建模過程，其中網(wǎng)格劃分，邊界條件和設(shè)置分析步是建模過程中要注意的關(guān)鍵問題，不同的邊界條件會(huì)得到不同的模擬結(jié)果，不同的分析步會(huì)使一個(gè)模擬過程有規(guī)則的進(jìn)行下去，盡管一些網(wǎng)格的劃分會(huì)使程序運(yùn)行慢，但是其速度仍然可以滿足顯示要求。（2） 動(dòng)態(tài)分析和靜態(tài)分析是數(shù)值模擬的關(guān)鍵部分，其中動(dòng)態(tài)分析可以讓我們更直觀更清楚地看到激光誘導(dǎo)沖擊波的動(dòng)態(tài)過程，而把動(dòng)態(tài)導(dǎo)入靜態(tài)所得到的結(jié)果恰恰是我們要得到的殘余應(yīng)力分布。（3） 殘余應(yīng)力與硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)比較了受沖擊試件，未受沖擊試件的區(qū)別，提出了受沖擊試件的優(yōu)越性，并且都驗(yàn)證了徑向距離增加會(huì)對(duì)沖擊效果的減弱，恰好回答了文章主題所問的問題。（4） 斷口分析則說明了激光沖擊會(huì)阻止疲勞裂紋向沖擊表面擴(kuò)展，抑制裂紋擴(kuò)展規(guī)律，從而提高了試件疲勞壽命。斷口表面粗糙度則說明斷面平均粗糙度越小，所對(duì)應(yīng)疲勞壽命越大，即疲勞斷面粗糙度在一定程度上反應(yīng)了材料抗疲勞性能的強(qiáng)弱。 展望 激光沖擊技術(shù)作為一種新技術(shù)，還有許多東西未被發(fā)覺近年來在抗疲勞制造領(lǐng)域已越來越受到重視。小孔是疲勞破壞的主要部位，研究小孔的強(qiáng)化技術(shù)，改善小孔的抗疲勞性能具有重要意義。（1） 希望以后可以研究出一種軟件，可以自主數(shù)值模擬而且還可以自主進(jìn)行疲勞壽命分析。（2） 希望以后激光沖擊不止是用來改性，同時(shí)還可以鑄模。（3） 對(duì)激光沖擊強(qiáng)化后的試樣進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，研究不同處理狀態(tài)下疲勞源產(chǎn)生機(jī)制，測(cè)試疲勞萌生壽命與裂紋擴(kuò)展壽命，為小孔抗疲勞激光沖擊強(qiáng)化提供堅(jiān)實(shí)依據(jù)。（4） 激光沖擊也可以應(yīng)用到其它領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)，農(nóng)業(yè)，生物工程中，前景一片光明。致 謝在***教授的引導(dǎo)以及各位師兄的幫助下，我最終完成了論文。在論文的每一部分都是我和他們共同合作的見證，張老師給我提出了許多意見，在我和同學(xué)的交流下讓我更清楚的對(duì)該論文有了更深刻的理解。在這個(gè)過程中我學(xué)到的不止是對(duì)該論題的理解，還有在這個(gè)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(duì)人生的規(guī)劃。人生也可以當(dāng)作論文，我可以按同樣的方法去了解它。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)。這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)是我走向人生的一個(gè)中轉(zhuǎn)站，我將要在此起航，我從中體會(huì)到了一股力量，讓我更踏實(shí)的邁向遠(yuǎn)方。在此向張興權(quán)教授以及學(xué)長(zhǎng)們表示感謝，感謝這段日子對(duì)我的照顧和悉心教導(dǎo)。同時(shí)也感謝培養(yǎng)了我4年之久的母校，教會(huì)了我許多知識(shí)以及各種做人的態(tài)度，當(dāng)然也要感謝我的父母，沒有你們的支持我不會(huì)走到今天。在此向你們深表感謝，有你們的支持我會(huì)飛的更高，因?yàn)槟銈兘o了我永不停止的動(dòng)力！ 參考文獻(xiàn)[1] 任旭東，（1）. 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