1、装订线安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 安徽工业大学毕业设计(论文)任务书课题名称激光冲击对小孔疲劳寿命的影响学 院 机械工程学院专业班级机械设计制造及其自动化 班姓 名学 号 毕业设计（论文）的主要内容:1、根据课题进行调研、收集国内外文献资料，其中外文资料至少3篇以上，书写开题报告；2、通过实验研究激光冲击后对小孔残余应力分布以及小孔疲劳寿命的影响，并对疲劳断口进行分析；3、利用ABAQUS软件对激光冲击小孔进行模拟分析，包括动态分析和静态分析。4、课题折合0号图3张图纸；除至少有1张手工绘图外，其余图纸皆为CAD绘图；5、设计说明书需打印输出，并遵守相应规范，参考文献中除设计手册和工
2、具书外， 至少含有5篇以上中文论文文献和3篇以上外文文献。6、英文翻译5000单词以上论文一篇，300字中英文摘要。 指导教师签字： 52 摘 要 激光冲击改性与延寿技术是利用方向.能量高度集中的激光束作为工具，对材料进行表面改性或延寿。该技术将现代物理学.化学.计算机.材料科学.先进制造技术等多方面的成果和知识进行综合运用，对构件的选择.设计.制造有重大影响。 铝合金小孔是构件上典型的应力集中结构细节，在交变载荷作用下极易产生疲劳裂纹，造成疲劳断裂。故本文采用激光冲击强化技术，通过对比分析，采用强化效果更好的先激光冲击后开孔的工艺方法。通过实验与数值模拟分析研究了不同激光冲击下小孔区域的残余
3、应力场及其疲劳性能，并对疲劳断口进行了相应分析。 研究过程为：首先以ABAQUS软件为平台，制定了小孔强化数值模拟总体思路，通过对激光冲击工艺参数进行理论分析，提出激光冲击参数的优化区域，以功率密度，脉冲宽度，光斑直径，冲击次数为研究对象，系统分析在其单独改变时对残余应力场的影响。 然后通过对疲劳断口的观察，来分析材料抗疲劳性能的强弱。最后通过仿真分析式样开孔前后残余应力场和冲击前后的疲劳性能得出光斑搭接处理对疲劳寿命的影响。 关键词：激光冲击处理，疲劳寿命，数值模拟，残余应力场，疲劳断口，铝合金小孔ABSTRACTLaser shock modification and life-exten
4、ding technology is the use of the laser beam highly concentrated in the direction and energy as a tool for surface modification or extension of the material. The technology makes the comprehensive use of modern physics .chemistry .computer. Materials science .advanced manufacturing technology and ot
5、her aspects of Results or knowledge .and it has a significant impact on component selection .design manufacturing.Aluminum alloy holes are the typical locations of stress concentration which easily generate fatigue cracks under cyclic loading and yield fatigue rupture .so this text use the laser sho
6、ck technology .through the comparative analysis .the better process of LSP before hole-drilling was adopted to study the residual stress field of fastener holes at different parameters and its fatigue property by the methods of experiments and simulations, and fatigue fracture were analyzed.The rese
7、arch process is as following :based on the FEM code ABAQUS ,the general idea of Numerical simulation to strengthen holes was set .by the LSP parameters was analyzed ,and then presented the optimizing region of LSP parameters .Then ,selected the power density ,pulse width ,spot diameter and shot numb
8、ers as the research object ,without considering the interaction between the shock parameters ,the effect of laser shock parameters on the residual stress field were studied.Then observation the fatigue fracture indicated the strength of anti-fatigue properties .Finally ,through the simulation we can
9、 study the residual stress field of specimens before and after hole-drilling and the fatigue properties of specimens before and after LSP .Then we can get the point of the effect of treatment on the fatigue life of spot overlappingKEY WORDS :Laser shock processing; Fatigue life；Numerical simulation;
10、 Residual stress field; Fatigue fracture; Aluminum alloy 目录第一章 绪论11.1 前言11.2 小孔技术强化的传统工艺21.2.1 冷挤压技术21.2.2 机械喷丸技术31.3 激光冲击技术41.3.1 激光冲击强化的原理41.3.2 激光冲击强化的特点51.3.3 激光冲击强化的效应51.4 激光冲击强化的影响因素81.4.1 激光参数81.4.2 能量吸收层和约束层81.4.3 材料91.5 常见激光冲击工艺91.6 激光冲击强化技术的研究与应用15第二章 激光冲击小孔的数值建模182.1 数值模拟的总体思路182.2 ABAQUS
11、建模过程182.2.1 几何模型的建立192.2.2 材料的本构模型192.2.3 网格划分202.2.4 载荷模块202.2.5边界条件的设置182.2.6 ABAQUS中分析步模块192.3 本章小结25第三章 激光冲击过程中应力场的数值模拟263.1 激光冲击处理工艺参数的选择263.1.1 激光脉冲功率密度的选择263.1.2 光斑直径的选择273.1.3 激光脉冲宽度的选择283.2激光冲击过程中的动态分析283.3 动态导入静态303.4 本章小结26第四章 激光冲击小孔的实验研究274.1 激光冲击装置及材料参数274.2 实验装置简图及试件模型284.3 实验结果分析294.3
12、.1 残余应力的测量分析294.3.2 残余应力的测试结果分析314.3.3 激光冲击处理后试件硬度分析314.4 疲劳寿命的测试及分析374.4.1 疲劳分析实验装置及参数设置374.4.2 疲劳拉伸实验数据分析384.5 疲劳断口分析404.5.1 断口分析404.5.2 断口表面粗糙度分析394.6 本章总结48第五章 总结与展望495.1 总结495.2 展望49参考文献46第一章 绪论1.1 前言20世纪80年代英格兰伯明翰大学教授汤姆贝尔提出表面工程的概念。他认为，表面工程是“将材料表面与基体一起作为一个系统进行设计和改性。以期获得表面与基体本身都不可能有的优异性能，其成本效益比是
13、很高的。”这一论述十分精辟，它充分说明了表面.材料与性能之间的正确关系，表面技术和效益之间的关系，以及表面工程的科学意义。随着科技的进步和工业技术的发展，延长各种类型产品的服务寿命，提高零部件工作的安全性.可靠性，能够主动地.有效地控制破坏问题，以避免突然被破坏所带来灾难的需要越来与迫切。裂纹的疲劳破坏是造成结构破坏的一项重要因素。在各类结构件中，往往由于裂纹的存在而使结构还远没有达到材料的强度极限时就发生破坏。国内外使用合金材料的压力容器.钻井平台.石油管道.原子能反应堆.发动机壳体和飞机起落架等关键结构件均发生过断裂事故，这些灾难性事件大多是由表面裂纹或穿透裂纹扩展引起的。保障关键零部件的
14、寿命与可靠性，避免疲劳裂纹引发的失效发生，已成为关键零部件修复和延寿工程中的核心科学问题之。激光冲击强化技术是一种利用高功率短脉冲激光与材料相互作用过程产生高压冲击应力波的力效应来改善金属综合机械性能的一种表面改性技。铝合金比重小, 但却有着接近或超过优质钢的强度, 具有热胀系数低、易于成形、热导率高、成本低廉等优点, 广泛应用于航空、航天、汽车、包装、建筑、电子等各个领域。但是, 铝合金也存在诸多问题, 如在氯离子及碱性介质存在的情况下,极易发生点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等多种形式的破坏, 硬度较低、摩擦系数高、磨损大, 容易拉伤且难以润滑导致铝合金耐磨性差。这些在很大程度上都限制了铝合金的使用范围。近年来，随着高能粒子束的发展，出现了激光冲击强化和离子注入表面处理等技术，并且已经发展成为抗疲劳断裂制造技术的一个重要组成部分。激光冲击波技术利用其极高的冲击压力,对材料作冲击改性处理, 在金属的冲击强化处理和材料的冲击精密成型等领域已获得广泛的应用。被现代工业誉为万能加工工具, 未来制造系统共同的加工手段的激光技术亦被用来改善金属表面性能，这项利用强激
