鈦合金葉片激光沖擊強化過程建模與殘余應力仿真研究.pdf

1、作為航空發(fā)動機的關鍵部件，葉片在能量轉換中起著十分重要的作用，現(xiàn)代航空發(fā)動機推重比的迅速增大使得疲勞失效已經(jīng)成為葉片最主要的失效形式之一。通過對葉片進行激光沖擊強化，能夠顯著地提高其表面硬度、抗疲勞強度等綜合機械性能。本文基于模態(tài)理論對采用逆向技術建立的葉片模型進行模態(tài)分析，研究了葉片激光沖擊強化過程中沖擊波的傳播、波峰壓的估算和殘余應力形成理論，建立了葉片激光沖擊強化的有限元模型，分析不同沖擊參數(shù)和沖擊工藝下葉片殘余應力場的分布特性，

2、采用正交實驗完成了沖擊參數(shù)的優(yōu)化。進行了葉片激光沖擊強化的實驗研究，對比分析了仿真和實驗得到的殘余應力場，對數(shù)值仿真模型進行實驗驗證。論文主要工作和取得進展如下：
　　 1.在對葉片模態(tài)理論推導研究的基礎上，對通過逆向工程技術建立的葉片實體三維有限元模型進行模態(tài)分析，分析得到葉片的前六階固有頻率和相應的振型，確定葉片強化的危險區(qū)域，為其激光沖擊強化仿真分析中全局阻尼的設置提供依據(jù)。
　　 2.通過對激光沖擊強化機理的研究

3、，闡述了高壓等離子體爆轟波的形成過程，對比分析了國內外學者提出的沖擊波峰壓模型，確定了適用于有限元分析的沖擊波峰壓計算模型。運用基于Von Mises屈服準則的一維沖擊理論模型的分析研究了激光高壓脈沖下沖擊波在葉片材料內的傳播，獲得了沖擊波峰壓的取值范圍。
　　 3.對求解沖擊動力學問題的LS DYNA顯式算法進行了分析，建立了葉片激光沖擊強化的有限元模型，對激光沖擊強化過程仿真中的載荷施加、網(wǎng)格劃分、阻尼設置等關鍵問題進行探討

4、。通過仿真研究了激光功率密度、光斑大小、脈沖寬度、沖擊次數(shù)等單因素對殘余應力場的影響規(guī)律，采用正交試驗完成了參數(shù)的優(yōu)化，給出最佳工藝參數(shù)組合。同時分析了不同搭接率和雙面同時與非同時沖擊強化對殘余應力場的影響。
　　 4.采用優(yōu)化工藝參數(shù)進行了激光沖擊強化實驗，通過X射線衍射法對強化區(qū)域殘余應力進行了測定，實驗結果表明：激光強化處理能夠顯著提高葉片表面的物理機械性能，沖擊強化后的葉片表面形成了穩(wěn)定的殘余壓應力場，盡管仿真和實驗結果