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众所周知,零部件在循环疲劳载荷作用下,其疲劳失效通常起始于最表层应力集中位置的裂纹区域。通过喷丸强化和激光冲击强化等技术将残余应力引入材料的表层可以延缓疲劳裂纹萌生和扩展,从而提高部件的疲劳寿命以及抗磨损和应力腐蚀开裂(SCC)性能。激光冲击过程中,由等离子冲击破产生的塑性变形可以在材料表面诱导产生残余应力。由于AA2024-T351铝合金在航空航天工业领域中重要作用,研究残余应力对该材料疲劳性能的影响,从而达到抑制疲劳失效,提高疲劳寿命的目的是有必要的。因此,本文的研究题目是激光冲击强化(LSP)对AA2024-T351铝合金残余应力分布和疲劳寿命的影响,创新性的提出了一种梯度式的扫描策略来优化激光喷丸过程中脉冲扫描路径。采用三维有限元分析(FEA)法模拟残余应力分布,并建立模拟和实验结果的关系。利用优化的有限元模型预测了激光冲击过程中,梯度式扫描策略和常规扫描策略对残余应力分布的影响,并通过实验进行了验证。利用两种扫描策略在“骨棒”试样上进行激光冲击强化实验,并将两种激光冲击试样的疲劳寿命与未冲击试样进行对比,结果表明激光冲击强化可以提高材料的疲劳寿命。与未冲击试样相比,策略1试样的疲劳寿命提高了69.3%,策略2试样提高了69.3%。模拟仿真结果与实验结果相一致。结果进一步表明,试样经双面激光冲击后,上表面和下表面为残余压应力,中间为残余拉应力。因此,双面激光冲击处理会在的试样的中间部分产生不明显的残余拉应力。研究了激光脉冲能量对疲劳寿命的影响,结果表明,随着激光脉冲能量的增加,疲劳寿命显着增加。此外,随着激光脉冲能量的增加,试样表面的残余应力增加。还发现,当激光脉冲能量高于临界值时,金属材料内部可能会产生开裂,导致材料的疲劳寿命降低。激光处理试样的裂纹扩展速率显着降低,而未处理试样的疲劳裂纹扩展速度较快。当激光脉冲能量分别为3J,4J和5.7J时,对应于疲劳寿命增益百分比分别为41%,73%和165%。通过扫描电子显微镜观察断裂表面,对失效断裂后形态进行分析,断口形貌特征表现为裂纹成核位置、韧窝和疲劳条纹。最后,还分析研究了多次激光冲击对疲劳寿命和表面完整性的影响。多次冲击后残余应力分布和显微硬度明显提高。冲击次数增加,残余应力和显微硬度增加。另外,与未处理的试样相比,多次冲击试样的表面粗糙度随着冲击次数的增加而增加。经过多次冲击后,由于激光冲击诱导的超高应变速率塑性变形,试样产生了晶粒细化和微观结构变化。随着冲击次数的增加,处理后试样的疲劳寿命显着增加。试样经1次,2次和4次激光冲击后的疲劳寿命与未冲击样本相比分别提高22.4%,59%,101%。