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不同典型結構激光沖擊強化的疲勞差異性研究

姜銀方; 孟李林 江蘇大學機械工程學院; 江蘇鎮江212013
  • 典型結構
  • 激光沖擊強化
  • 殘余應力場
  • 疲勞拉伸
  • 疲勞增益

摘要:激光沖擊強化不同典型結構對各結構疲勞壽命的影響均有所差異,本文基于ABAQUS模擬典型結構小孔φ2.6、圓角R3和圓棒(小徑φ20)的激光沖擊強化過程,并提取出各路徑的殘余應力分布(峰值壓力分別為4、5、6、8GPa),同時對各典型結構TC4-DT鈦合金雙聯試樣進行激光沖擊與疲勞拉伸試驗。結果表明:在應力水平385MPa、應力比R=0.1下,經激光沖擊的圓角與小孔的疲勞增益均較大,且圓角最大疲勞增益為238.4%(功率密度為12.75GW/cm^2),小孔疲勞增益為243.3%(功率密度為22.67GW/cm^2)。圓棒結構在應力水平600MPa下的疲勞負增益均較大(功率密度22.67GW/cm^2時的疲勞增益減小至-94.1%)。經激光沖擊強化的圓角根部、圓角邊緣處及小孔孔角殘留較大的殘余壓應力,使該典型構件的應力集中處的疲勞壽命得到顯著提升,但圓棒內部殘留的殘余拉應力使其在拉伸載荷下極易出現疲勞裂紋。對于圓棒等旋轉體而言,激光沖擊雖然提高了表面疲勞性能,但在拉伸載荷下容易疲勞斷裂。該研究對各典型結構的激光沖擊強化具有指導意義。

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