1、分类号 密级 UDC 编号 硕 士 学 位 论 文激光冲击强化7050铝合金疲劳寿命数值模拟Numerical Simulation of Fatigue Life of 7050 Aluminum Alloy Processed by LSP指导教师 作者姓名 申请学位级别 硕 士 专业名称 机械制造及其自动化 论文提交日期 2011年5月 论文答辩日期 2011年 月 学位授予单位和日期 大学 年 月 答辩委员会主席 _评阅人 _2011年5月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被
2、查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等手段保存和汇编本学位论文。保 密 ，本学位论文属于 在 年解密后适用本授权书。不保密 。学位论文作者签名： 指导教师签名：2011年 月 日 2011年 月 日独 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期：201
3、1 年 月 日1激光冲击强化7050铝合金疲劳寿命数值模拟Numerical Simulation of Fatigue Life of 7050 Aluminum Alloy Processed by LSP专业名称： 机械制造及其自动化 指导教师： 作者姓名： 大 学2011年 5 月大学硕士论文：激光冲击强化7050铝合金疲劳寿命数值模拟I摘 要本文利用有限元软件ABAQUS和MSC.Fatigue对7050-T7451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，进一步深入研究了激光冲击强化对疲劳寿命的影响。对两组7050-T7451铝合金预置小孔
4、试件进行了拉拉疲劳试验。一组为未强化试件，另一组为激光冲击强化试件。试验结果表明，在101.3MPa的加载应力水平下，两组平均疲劳寿命分别为26024和108336周次，疲劳寿命提高了416.3%。研究表明，激光冲击产生的高幅冲击波，使材料发生弹性塑性变形，并在金属表层形成密集的位错、空位及空位团。这些效应能改变激光冲击金属的显微结构和力学性能，增加试件的表面硬度。激光冲击强化可以使材料获得较高的表面残余压应力和较深的影响层深度。材料疲劳破坏主要是由于拉应力的存在,经激光冲击处理后,在材料表面存在的残余压应力可以平衡材料在使用过程中的拉应力,从而延缓疲劳裂纹的产生及扩展速度。为了能够模拟激光冲
5、击后试件的疲劳寿命，需要在MSC.Fatigue中导入试件的最大载荷线性应力图和激光冲击产生的残余应力场。本文激光冲击数值模拟的目的就是为了获得残余应力场。利用有限元方法进行疲劳寿命计算，需要知道载荷的变化历程、结构几何参数以及有关的材料性能参数或曲线。用有限元计算疲劳通常分为两步：第一步是根据载荷和几何机构计算动态应力/变化大学硕士论文：激光冲击强化7050铝合金疲劳寿命数值模拟II响应，第二步是一旦获得应力应变响应，结合材料性能参数，就可以应用不同的疲劳损伤模型进行疲劳寿命计算。疲劳寿命的理论预测精度依赖于应力应变响应的正确模拟，也依赖于损伤模型的合理利用。利用有限元软件MSC.Fatig
6、ue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25400和102870周次，疲劳寿命提高了405%。实验结果和模拟结果符合的很好。关键词：激光冲击强化，7050-T7451铝合金，残余应力场，有限元模拟，疲劳寿命，拉拉试验大学硕士论文：激光冲击强化7050铝合金疲劳寿命数值模拟IIIABSTRACTIn this paper，Fatigue life of the 7050-T7451 aluminum alloy pre-hole specimen is numerical simulated on finite element software ABAQUS and
7、MSC.Fatigue. It focuses on simulating the fatigue life of the specimen processed by laser shock processing (LSP), and further study the effects of the laser shock processing(LSP) on the fatigue life.Two groups of 7050-7451 aluminum alloy pre-hole specimens are performed the pull-pull experiment. A g
8、roup of specimens are processed by laser shock processing, while the other are unprocessed. The results of experiment indicate that on the loading of 101.3MPa stress, two groups of average fatigue life are 26024 and 108336 cycles respectively, raised by 416.3%. Studies show that the shock wave which
9、 is generated by laser shock processing can generate the elastic plastic deformation of the material, and form a dense dislocation, vacancies and vacancy clusters in the metal surface. These effects can change the microstructure and mechanical properties of metals processed by laser shock processing
10、, increase the surface hardness of the specimen. Laser shock processing can make the surface material to obtain high compressive residual stress and the impact of deeper depth. Material fatigue failure is mainly due to the presence of tensile stress, after the laser shock processing, the residual 大学
11、硕士论文：激光冲击强化7050铝合金疲劳寿命数值模拟IVcompressive stress in the surface of material can balance the tensile stress in the process of using material, thus delaying the fatigue crack initiation and propagation velocity.In order to numerical simulate the fatigue life of the specimen processed by laser shock proc
12、essing, it is need to import the maximum load linear stress diagram of the specimen and the residual stress field produced by LSP to the MSC.Fatigue. The purpose of numerical simulation of laser shock processing is just to obtain the residual stress field.In order to calculate fatigue life by finite
13、 element method, it is need to know the history of load changes, geometrical parameters and material properties related parameters or curve. The finite element method is usually divided into two steps: the first, based on the calculation of load and geometric organization of stress / change of cours
14、e, the second step, as soon as to obtain stress-strain response combined with material, it can be applied to the calculate fatigue life with different fatigue damage models. Prediction accuracy of fatigue life theory depends on the correct simulation of stress-strain response, and also depends on th
15、e rational use of damage model.The fatigue life of two groups specimens are simulated on finite element software MSC.Fatigue separately. The results of numerical simulation indicate that two groups of average fatigue life are 25400 and 102870 cycles respectively, Compared with the fatigue life of no
16、rmal specimen, 大学硕士论文：激光冲击强化7050铝合金疲劳寿命数值模拟Vthe fatigue life of specimen processed by LSP is rose by 405%.The result of experiment agree with the result of numerical simulation quit well. Keyword: laser shock processing, 7050-T7451 aluminum alloy, residual stress field, finite element simulation, Fa
17、tigue life, Pull-pull experiment 大学硕士论文：激光冲击强化7050铝合金疲劳寿命数值模拟VI目录摘 要 .IABSTRACT.III目录 .VI第一章 绪论 .11.1 引言 .11.2 疲劳寿命的数值模拟的概况和意义 .11.3 疲劳强度的基本理论 .11.3.1疲劳强度的基本概念 .11.3.2疲劳研究的历史概况 .11.3.3疲劳寿命的计算方法 .21.4 数值模拟技术 .61.4.1 ABAQUS的介绍 .61.4.2 MSC.Fatigue的介绍 .71.4.3激光强化后疲劳寿命数值模拟流程 .81.5课题的研究内容 .81.5.1背景 .81.5.2 内容 .91.5.3意义 .10第二章激光冲击试验及理论分析 .112.1激光冲击试验及检测 .112.1.1试验装置 .112.1.2 试样制备 .132.1.3试验方法 .152.2激光冲击过程理论分析 .162.2.1激光冲击机理 .162.2.2激光冲击的两种模型 .172.2.3激光冲击波的形成机理 .18
