激光冲击航空铝合金小孔强化优化的研究

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1、江苏大学硕士学位论丈摘要激光强化技术与传统的机械喷丸、冷挤压技术相比有一定的相似性，但是又有着非常大的区别，它是利用高功率、短脉冲的强激光辐射覆盖有约束层和涂层的金属材料表面时，由于激光诱导产生的冲击波峰值压力大于材料的动态屈服强度，使材料表层组织产生密集、均匀以及稳定的位错结构，促使金属表面发生塑性变形，并在金属表面层内形成残余压应力，从而提高金属零件的机械性能。本文将激光强化技术应用到705CrIW51航空铝合金小孔强化中，对小孔强化技术以及残余应力的分布运用模拟和实验相结合的方法进行优化研究和探索，旨在提高板料的疲劳寿命。本文主要工作和结果有以下几点：(1)以有限元软件Ad3AQUS

2、为平台，建立了高应变率下激光冲击强化的有限元模型，研究了短脉冲高能量激光束加载下金属材料的动态本构模型以及应力波在板料内部的传播情况和诱导残余应力产生的过程。(2)采用激光冲击搭接技术，解决了激光冲击后对数值模型进行开d,：／L的处理方法。以功率密度、脉冲宽度、激光光斑直径为研究对象，模拟并分析了这些因素在单独改变时，带状搭接冲击和环形搭接冲击对板料上表面、孔壁厚度方向、下表面残余应力分布的影响。研究发现，在激光搭接冲击后，冲击区域表面会产生较大的残余压应力，在孔壁厚度方向离冲击表面1—1．6rnm处会形成残余压应力层，同时在孔壁厚度中心处会产生较大的残余拉应力。(3)在数值模拟的基础上，

3、以正交模拟实验为手段，对7050T7451航空铝合金在带状冲击和环形冲击的冲击参数利用正交法对激光功率密度和激光光斑进行了优化，结果表明，功率密度对残余应力分布的激光冲击航空铝合金小孔强化的优化研究影响是显著的，双面带状冲击下优化结果是激光功率密度9GW／cm2；光斑直径为6mm；双面环形冲击下优化结果是激光功率密度9GW／cm2；光斑直径为4mm。同时对优化的结果运用实验手段进行验证，发现板料的疲劳寿命明显提高了，与模拟的结果有很好的一致性。关键词：7070T7451铝合金，激光冲击小孔强化，残余应力，优化，疲劳寿命江苏大学硕士学位论文ABSTRACTAlthoughlasershock

4、processingissimilartotraditionalmechanicalpeeningandcoldextrusioninsomeways，therearestillbigdifferencesbetweenthem．Intenselaserwithhighenergyandshortpulseisirradiatedonthesurfaceofthemetalmaterialwhichispaintedwithconfininglayerandabsorbinglayer．Sincethepressureoflasershockwaveislargerthanmaterial

5、’Sdynamicyieldstrength，largeamountsofdislocationwhichisintensive，homogeneousandstableappearsinthemicrostructureofsurfacelayerandplasticdeformationisformed．Compressiveresidualstressisproducedinthesurfacelayerofthemetalmaterial，whichwellimprovesthemechanicalperformanceofthemetalparts．Lasershockproce

6、ssingwasappliedinstrengtheningof7050T7451Aluminumalloywithsmallholeinthispaper．Thetechniqueofstrengtheningwithsmallholeanddistributionofresidualstresswereresearchedwithcombinationofnumericalsimulationandexperiment．Themainworkandresultsofthepaperare1istedasfollows：(1)BasedonffmiteelementmethodofABA

7、QUS，dynamicconstitutivemodelofmetalmaterialloadedbylaserbeamwithhighenergyandshortpulseWasresearched，propagationofstresswavesinmetalmaterialandgenerationprocessofresidualstresswereexplored．(2)Overlappingtechnique