激光冲击钛合金薄壁件的强化与变形研究.pdf

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1、分类号：学校代码：10066密级：学号：03M080612026激光冲击钛合金薄壁件的强化与变形研究ResearchonLaserShockingofThin-walledTitaniumAlloyinStrengtheningandDeformation作者姓名：胡琛导师（职称）：戚厚军教授一级学科：机械工程学科（专业）：机械工程年级：2012级提交论文日期：2015年3月学位授予单位：天津职业技术师范大学I独创性声明声明：本人所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中

2、不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津职业技术师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津职业技术师范大学有关保留、使用学位论文的规定，特授权天津职业技术师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，允许论文被查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学

3、位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月II摘要激光冲击强化技术是一种新型的材料表面强化技术，在航空航天、精密加工制造、汽车制造、船舶制造等领域拥有广阔前景。钛合金是当前应用在航空航天领域最多的材料之一，使用激光冲击强化技术对钛合金材料的表面进行强化处理，改善钛合金材料的力学性能，使之适应于各种条件下的服役环境。本文分析了国内外有关激光冲击强化技术的研究，结合实验和有限元数值模拟，对激光冲击强化钛合金薄壁件产生的残余应力场和塑性变形进行研究和预测，主要研究内容与成果如下：1.激光冲击强化的基

4、本理论分析。基于激光冲击强化的物理过程，分析非约束模型和约束模型下的激光冲击波压力估算公式。分析激光冲击强化材料后残余应力场和塑性变形的产生机理。2.基于约束模型下的激光冲击波压力换算公式，以ABAQUS软件为平台，以动力学分析和静力学分析相互迭代的模拟方法，完成了对激光冲击强化钛合金薄壁件的有限元模拟，并对所得数据进行处理，探讨了激光冲击工艺参数和冲击方案对材料冲击效果的影响。结合激光冲击强化的工程应用，根据实际加工中的工况特点，对航空发动机叶片的模型进行了激光冲击强化的有限元仿真，对叶片冲击后的残余应力场分布和塑性变形情况进行了预测

5、，为发动机叶片生产中的变形控制工作提供一定的理论依据。3.对激光冲击强化过程进行了实验研究，主要对激光功率密度和冲击次数进行了多因素实验研究。利用X射线衍射法测试了激光冲击后材料表面的残余应力。实验结果表明，激光冲击技术可以使TC4钛合金薄壁件表面产生较大幅度的残余压应力和塑性变形，从而延长材料的使用寿命。研究证明对冲击后的试样进行了残余应力测试，对比实验测试值和数值模拟仿真值的结果，数据较为接近，证明数值模拟方法对激光冲击过程的仿真是可行的。4.为了提高对激光冲击强化产生的残余应力和塑性变形的预测效率，考虑到有限元分析方法的复杂性，本

6、文提出了基于支持向量机-粒子群优化结合算法（SVM-PSO）的激光冲击残余应力及塑性变形的预测方法。采用数值模拟过程所得数据中的72组样本进行训练，建立激光冲击强化残余应力和塑性变形预测模型。采用数值模拟数据中的36组样本进行验证，验证结果表明使用SVM-PSO结合算法能够对激光冲击强化产生的残余应力及塑性变形进行有效预测。关键词：激光冲击强化，钛合金，残余应力，有限元分析，支持向量机IIIABSTRACTLasershockprocessingtechnologyisanewtypeofmaterialsurfacestrengthe

7、ningtechnology,intheaerospace,precisionprocessingandmanufacturing,automobilemanufacturing,shipbuildingandotherfieldshavebroadprospects.Titaniumalloysarecurrentlyusedinaerospacefieldmostofoneofthematerials,theuseofintensiveprocessingoftitaniumalloymaterialsurfacestrengthe

8、ningtechnologyoflasershock,improvesthemechanicalpropertiesoftitaniumalloymaterials,adaptingtothevarious