论文部分内容阅读
激光温喷丸(Warm Laser Peening，WLP)是一种近年来逐渐兴起的金属表面强化处理技术，结合了激光喷丸技术与动态应变时效工艺二者的优势，能够获得比常温激光喷丸更稳定的微观组织与残余应力，进而改善材料在动载荷及高温工况下的综合疲劳性能，在航空制造业有着广阔的应用前景。 本文综合运用理论分析，实验研究与数值模拟三者相结合的研究方法，以TC4航空钛合金为研究对象，系统地研究激光温喷丸工艺对TC4钛合金典型结构件一阶振动阻尼的影响，并在此基础上分析激光温喷丸诱导的残余应力在振动工况下的释放行为。本文主要工作有如下三个方面: (1)理论方面，依据金属位错理论，研究激光温喷丸诱导高应变率塑性变形的微观机理，分析激光温喷丸所诱导的位错密度;根据G-L位错阻尼理论，探究激光温喷丸诱导的微观组织对典型结构件一阶振动阻尼的影响规律;根据金属蠕变理论，阐释振动工况下的残余应力释放机理，并结合金属阻尼理论研究激光温喷丸诱导的残余压应力的稳定性。 (2)实验方面，搭建激光温喷丸实验系统，并开展TC4钛合金在不同喷丸温度下的激光温喷丸实验，使用XRD衍射方法对表面残余应力进行测量;基于频率响应过程，对激光温喷丸前后TC4钛合金试样的一阶振动阻尼进行测试;最后使用振动实验平台研究激光温喷丸前后TC4钛合金试样的残余应力释放行为，分析激光温喷丸诱导残余应力的稳定性。 (3)数值模拟方面，基于冲击动力学，使用有限元软件ANSYS/LS-DYNA分析不同喷丸温度下激光温喷丸TC4钛合金的残余应力分布规律;在实验数据的基础上，对TC4试样激光温喷丸区域的振动应力载荷谱进行数值分析;并在蠕变方程的基础之上，系统模拟不同喷丸温度下激光温喷丸所诱导的残余应力在振动工况下的释放规律，从而阐释激光温喷丸对TC4钛合金残余应力稳定性的影响。 研究结果表明，激光温喷丸工艺可以有效提高TC4钛合金典型结构件的一阶振动阻尼，降低工件承受的振动应力，进而显著提高所诱导的残余压应力在振动工况下的稳定性。