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本文为深入研究激光冲击对疲劳寿命的影响,对激光冲击后7050-T7451铝合金试件的疲劳寿命,进行了试验和数值模拟研究。
通过疲劳试验获得铝合金试件疲劳寿命数据,进行疲劳寿命对比分析。针对冲击和未冲击的三类试样(预制裂纹试样、预制小孔试样、无裂纹完好试样)进行疲劳寿命对比分析试验。试验结果表明,(1)在67.3MPa平均应力水平下,预置裂纹试件未激光冲击和激光冲击的平均疲劳寿命分别为22180和73089周次,寿命提升幅度329%。(2)在101.3MPa平均应力水平下,预置小孔试件未激光冲击和激光冲击的平均疲劳寿命分别为26024和108336周次,寿命提升幅度416.3%。(3)在270MPa平均应力水平下,无裂纹完好试件未激光冲击和激光冲击的平均疲劳寿命分别为38505和70046周次,寿命提升幅度181.9%。
利用有限元软件ABAQUS和MSC.Fatigue,对铝合金预置小孔试件的疲劳寿命进行了数值模拟,重点解决了激光冲击强化后试件的疲劳仿真。在ABAQUS中模拟激光冲击以获得残余应力场,并求出试件的最大载荷线性应力图,将上述两个应力状态文件导入有限元软件MSC.Fatigue。在MSC.Fatigue中,通过获得载荷的变化历程、结构几何参数以及有关的材料性能参数或曲线,再应用不同的疲劳损伤模型进行疲劳寿命的数值模拟分析。对两组试件分别进行疲劳数值模拟。模拟结果显示,两种疲劳寿命分别为35734.和159620周次,疲劳寿命提高了446.6%。模拟结果和试验结果符合得较好。
对激光冲击铝合金的试验和数值模拟,为数值模拟激光冲击铝合金疲劳寿命的研究,提供了试验基础和技术思路。