硕士论文--激光喷丸强化ti-6al-4v航空钛合金疲劳裂纹扩展性能研究(doc毕设论文)

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1、激光喷丸强化Ti-6Al-4V航空钛合金疲劳裂纹扩展性能研究ResearchonFatigueCrackGrowthPropertyofTi-6Al-4VAerospaceTitaniumAlloyTreatedbyLaserPeening16江苏大学硕士学位论文摘要激光喷丸强化技术（LaserPeening,LP）是一种新型的材料表面强化技术，其利用高功率短脉冲激光束与材料表面相互作用产生的高幅值冲击波压力使材料表面发生塑性变形、晶粒细化、高密度位错，并在材料表面产生比传统机械喷丸更深的残余压应力层来显著提高材料的抗疲劳特性，能

2、有效延长航空发动机关键零部件的疲劳寿命，降低其疲劳裂纹扩展速率，在航空航天等领域有广泛的应用。本文以线弹性断裂力学及弹塑性断裂力学理论为基础，以Ti-6Al-4V航空钛合金为研究对象，将试验研究与有限元分析验证相结合，对激光喷丸强化航空钛合金薄板件后的残余应力分布及疲劳裂纹扩展性能进行了系统的研究，主要工作集中在以下几点：分析了Ti-6Al-4V航空钛合金薄板件激光喷丸后残余应力场的分布情况，研究了激光喷丸诱导残余应力场对Ti-6Al-4V航空钛合金薄板件疲劳裂纹扩展性能的影响；基于线弹性及弹塑性断裂力学理论，探讨了激光喷丸诱导残

3、余应力场作用下裂纹尖端应力强度因子ΔK的变化情况及疲劳裂纹扩展速率和疲劳寿命分布。利用高功率Nd:YAG固体激光器激光喷丸平台对Ti-6Al-4V航空钛合金紧凑拉伸试样（CompactTension,CT）及单联中心孔试样进行了不同激光功率密度、不同喷丸覆盖率及不同喷丸轨迹激光喷丸强化，并使用X射线衍射仪对裂纹扩展沿线残余应力场分布情况进行测定。利用MTS-809电液伺服材料测试系统进行疲劳裂纹扩展试验，研究激光喷丸后Ti-6Al-4V航空钛合金试样疲劳裂纹扩展速率及疲劳寿命，结果表明激光喷丸能够有效降低钛合金疲劳裂纹扩展速率，大

4、幅提高其疲劳寿命。采用扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)分析了CT试样及单联中心孔试样疲劳断口形貌，观察结果表明，在疲劳裂纹扩展源区具有细微疲劳条带，疲劳裂纹扩展稳定区内有明显的疲劳条带特征，疲劳条带间距会随着疲劳裂纹的扩展逐步增大，疲劳裂纹瞬断区呈现大量韧窝特征，随着激光喷丸工艺参数的变化，韧窝形貌会有相应变化，从微观结构上分析了激光喷丸强化对航空钛合金材料延寿机理。16江苏大学硕士学位论文以有限元分析软件ABAQUS及MSC.Fatigue为平台，建立了激光喷丸强化Ti-6Al-4V

5、航空钛合金疲劳裂纹扩展性能的有限元模型，对不同激光功率密度下和不同喷丸覆盖率下激光喷丸航空钛合金表面及次表面残余应力分布及不同残余应力场下疲劳裂纹扩展性能进行探讨，结果表明：激光喷丸能够有效减小裂纹扩展驱动力，降低裂纹扩展速率，延长裂纹扩展寿命，有限元分析结果和试验结果一致，充分验证了将有限元分析技术应用在激光喷丸强化疲劳裂纹扩展领域的正确性。关键词：激光喷丸强化，Ti-6Al-4V航空钛合金，残余应力，疲劳裂纹扩展，喷丸覆盖率16江苏大学硕士学位论文ABSTRACTLaserPeening(LP)technologyisanew

6、surface-treatingmethodofmaterials,whichemployshighamplitudeshockwavepressureinducedbyinteractionbetweenlaserandmaterialtointroduceplasticdeformation、grainrefinement、densedislocationonthesurfaceofmaterials.Meanwhile,thedeepercompressiveresidualstressthanconventionallys

7、hotpeeningisachievedtoimprovetheanti-fatiguepropertyofmaterialsandenhancethefatiguelifeofcriticalcomponentsofaeronauticalengine,slowdownthefatiguecrackgrowthrate,andiswidelyusedinaerospaceandaeronauticalfields.Thispaperisbasedonlinearfracturemechanicsandelastic-plasti

8、cfracturemechanics,Ti-6Al-4Vtitaniumalloyistakenasresearchobjective.Numericalsimulationandexperimentsarecombinedtostudyresid