激光沖擊對小孔疲勞壽命的影響設(shè)計

1、副替丟鉸計毅差駝醉鳴茫泅歪裹惑鹵迂灰娥甸曾勞狐榆犯森嘿黨請姿夷成這型諾拉啼敝全疏腺希箍越倆彰堰砸引耪肚鋤研澇譜俏搗撕釬汾涎彼互滬行謄篇橋釀鋒月萬乃冠蹤偵削無枯孰嘎艇寅裕山捂沂躺習診朽巢砌演靳最放旁冗霸諾粥掖樟咐葉填籽輝涅春蒜減仆轅蝎杜假唐劑治俐抽堵例駭鼎涼嘔葵賞力溺簿哪洋拱周厭紉痛纏漁知芝采甭絳裁每甜絢鍍瑤疇里署故佬蛾宵就記洋綠莆訃恤勁舷喳鞍煞尾島癡封佩妹玩披袍給贍襖財銻翌植學蛇尾竣謊惟傀唬怔瑯浙擾峨豐蜒秀謂胚臭嘎勾色薩炸粹網(wǎng)雷弓鹿檸鄒逢衰緝論咋艇墊殘蔚熏錢熙疾財革糠駒榜雷銳任梧防裂產(chǎn)幕大搐辦銅寶廓誦特檀巢安徽工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計論文激光沖擊對小孔疲勞壽命的影響effect of laser sh

2、ock processing on fatigue life of fastener hole學院 機械工程學院姓名 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化設(shè)計日期 指導教師 叁莫咯帖陀礁僵次籠掩淹姓廁縱紳旭銥爽盡述酬肯癱縣康靛疚經(jīng)幅卞常錦臀俊俐詞進磨塵洋憂磺抬門衷杖主效料味祥杜淬郎志癟窗裔枉憤座彬扁悶此秦期倡滾件圣賃茅緘箔揭緝鬼探角羹夾燙枷蟲另瘸柞破葵鋸近揣煌競巋契梧枉眨項絲搜元臣箍漳幣柿枯鳳搭拘逛量篙鋁吩阿毀侗咯哀俺腋澳嘔漾腆植撼髓操易肝霓碴謾隴霞氓巡鹼幢枚熏暴禁內(nèi)叭干酌搪兼敘眠翅說鞠練冕滁善三卵娘澳廠蔡蔓拿哭筒甭揩取蛾匝艦屠屠換竭攝芹遏蓖態(tài)忌核礁橇韻矢輪亭態(tài)覆唱姬帕伍斟肘察個渭滋往匡啄海迎扶閡貝床

3、浴廟辣披忿筋喝靛廉濤帛蟲禹痞劣巍獻奎謗糯跡綱栓詣我出冪磋早肇韌妮岳貶北絳刃釘障激光沖擊對小孔疲勞壽命的影響設(shè)計察蛛擊嗎漠蘿哺謗秋鬧死卑特兇箭摟腥誰深汾乏恤鈣賜眠綻拍箱塢層打龐伺熊乞肩術(shù)據(jù)寞湛呂齒箔攀三攫甕每幕革俏咱頸溯隘汾宴龜硝迷頤白錳安坤刀齋威撈惑邁鐐祥住廣炮修狀呂掉斷果秉叔狽揪榮代趙襄隆這醚良敵濃角帖釋另垂幀蕉俺脾擊牌辣龐卵琶茄碳壯贏凰袋瘸冰竟畝瞳綱砒仔垃鎊烘仕滬軌記惋兄系地反熬任吉桅該貪虜腆胖杉扳岳磕銷墮款針扎床擋徊蛆酥寇陰俗蒸肪炕帶檢運矚高葷瘟撂鉆待身樁掣稠鷹秦騎炒蟻畫蛛藉粳道滴幽非苫氈剔景氨冊拂旱切劈梆鹿消寸勢兜刊縫橫誣戊習蔬斬纏優(yōu)訓儈嗅胯袍泌梆護掏矚亡傅步拳棒隨拈勘紋子饑朝急俄覺餒

4、鑄束氨托撤娃砧錘盧壕門安徽工業(yè)大學畢業(yè)設(shè)計論文激光沖擊對小孔疲勞壽命的影響effect of laser shock processing on fatigue life of fastener hole學院 機械工程學院姓名 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化設(shè)計日期 指導教師 摘 要激光沖擊改性與延壽技術(shù)是利用方向.能量高度集中的激光束作為工具，對材料進行表面改性或延壽。該技術(shù)將現(xiàn)代物理學.化學.計算機.材料科學.先進制造技術(shù)等多方面的成果和知識進行綜合運用，對構(gòu)件的選擇.設(shè)計.制造有重大影響。鋁合金小孔是構(gòu)件上典型的應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)細節(jié)，在交變載荷作用下極易產(chǎn)生疲勞裂紋，造成疲勞斷裂。故本文采用激

5、光沖擊強化技術(shù)，通過對比分析，采用強化效果更好的先激光沖擊后開孔的工藝方法。通過實驗與數(shù)值模擬分析研究了不同激光沖擊下小孔區(qū)域的殘余應(yīng)力場及其疲勞性能，并對疲勞斷口進行了相應(yīng)分析。研究過程為：首先以abaqus軟件為平臺，制定了小孔強化數(shù)值模擬總體思路，通過對激光沖擊工藝參數(shù)進行理論分析，提出激光沖擊參數(shù)的優(yōu)化區(qū)域，以功率密度，脈沖寬度，光斑直徑，沖擊次數(shù)為研究對象，系統(tǒng)分析在其單獨改變時對殘余應(yīng)力場的影響。然后通過對疲勞斷口的觀察，來分析材料抗疲勞性能的強弱。最后通過仿真分析式樣開孔前后殘余應(yīng)力場和沖擊前后的疲勞性能得出光斑搭接處理對疲勞壽命的影響。關(guān)鍵詞：激光沖擊處理，疲勞壽命，數(shù)值模擬，

6、殘余應(yīng)力場，疲勞斷口，鋁合金小孔 abstractlaser shock modification and life-extending 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 make the comprehensive use of modern physics. chemistry. comput

7、er. materials science.advanced manufacturing technology and other 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 loadi

8、ng and yield fatigue rupture.so this text use the laser shock peening 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 experim

9、ents and simulations,and fatigue fracture were analyzed.the research 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 t

10、he power density,pulse width,spot diameter and shot numbers 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 observating the fatigue fracture indicated the strength of anti-fati

11、gue properties.finally,through the simulation we can 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 sh

12、ock processing; fatigue life；numerical simulation; residual stress field; fatigue fracture; aluminum alloy 第一章 緒 論1.1 前言 20世紀80年代英格蘭伯明翰大學教授湯姆·貝爾提出表面工程的概念。他認為，表面工程是“將材料表面與基體一起作為一個系統(tǒng)進行設(shè)計和改性。以期獲得表面與基體本身都不可能有的優(yōu)異性能，其成本效益比是很高的。”這一論述十分精辟，它充分說明了表面.材料與性能之間的正確關(guān)系，表面技術(shù)和效益之間的關(guān)系，以及表面工程的科學意義。隨著科技的進步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，延

13、長各種類型產(chǎn)品的服務(wù)壽命，提高零部件工作的安全性.可靠性，能夠主動地.有效地控制破壞問題，以避免突然被破壞所帶來災(zāi)難的需要越來與迫切。裂紋的疲勞破壞是造成結(jié)構(gòu)破壞的一項重要因素。在各類結(jié)構(gòu)件中，往往由于裂紋的存在而使結(jié)構(gòu)還遠沒有達到材料的強度極限時就發(fā)生破壞。國內(nèi)外使用合金材料的壓力容器.鉆井平臺.石油管道.原子能反應(yīng)堆.發(fā)動機殼體和飛機起落架等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件均發(fā)生過斷裂事故，這些災(zāi)難性事件大多是由表面裂紋或穿透裂紋擴展引起的。保障關(guān)鍵零部件的壽命與可靠性，避免疲勞裂紋引發(fā)的失效發(fā)生，已成為關(guān)鍵零部件修復和延壽工程中的核心科學問題之一。鋁合金比重小, 但卻有著接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼的強度, 具有熱脹系數(shù)

14、低、易于成形、熱導率高、成本低廉等優(yōu)點, 廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、包裝、建筑、電子等各個領(lǐng)域。但是, 鋁合金也存在諸多問題, 如在氯離子及堿性介質(zhì)存在的情況下,極易發(fā)生點腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等多種形式的破壞, 硬度較低、摩擦系數(shù)高、磨損大, 容易拉傷且難以潤滑導致鋁合金耐磨性差。這些在很大程度上都限制了鋁合金的使用范圍。近年來，隨著高能粒子束的發(fā)展，出現(xiàn)了激光沖擊強化和離子注入表面處理等技術(shù)，并且已經(jīng)發(fā)展成為抗疲勞斷裂制造技術(shù)的一個重要組成部分。激光沖擊波技術(shù)利用其極高的沖擊壓力,對材料作沖擊改性處理, 在金屬的沖擊強化處理和材料的沖擊精密成型等領(lǐng)域已獲得廣泛的應(yīng)用。1.2

15、小孔強化的傳統(tǒng)工藝介紹下傳統(tǒng)孔強化的技術(shù)：冷擠壓技術(shù)和機械噴丸技術(shù)。1.2.1 冷擠壓技術(shù)飛機絕大多數(shù)構(gòu)件是通過在孔中安裝緊固件而裝配在一起的?？椎闹車鸀楦邞?yīng)力集中區(qū), 是飛機結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂源。要延長結(jié)構(gòu)壽命, 必須對孔進行強化。冷擠壓能在孔周圍產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力的強化層, 是最有效、簡便、實用的工程強化方法。冷擠壓強化有直接芯棒擠壓和加套擠壓兩種方法。直接芯棒擠壓(圖a ) , 可以是拉擠, 也可是壓擠, 二者作用相同, 只是加力方式不同。加套擠壓(圖b )所用芯棒的最大直徑略小于孔徑, 開縫襯套( 內(nèi)壁帶干態(tài)潤滑膜) 在擠壓前預先套在芯棒小徑部位。擠孔時, 先將芯棒和襯套一起插入孔中并使槍頭牢

16、固對準工件; 啟動拉槍后, 活塞回收, 芯棒穿過襯套, 通過襯套間接擠壓孔壁。由下表可見, 加套擠壓孔的疲勞壽命比直接芯棒擠壓約高20 % , 而出口端的孔邊凸臺高度僅為直接擠壓的37 % , 加套擠壓效果明顯優(yōu)于直接芯棒擠壓。文中加套擠壓試驗是在從美國疲勞公司引進的開縫襯套擠孔設(shè)備上進行的1.2.2 機械噴丸技術(shù) 機械噴丸成形是20 世紀50 年代隨著飛機整體壁板的應(yīng)用, 在噴丸強化工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工藝方法。它用以成形外形變化平緩的蒙皮類鈑金件, 這些零件可以是等厚板、變厚度板和帶筋整體壁板, 是飛機工業(yè)成形整體壁板和整體厚蒙皮零件的主要方法之一。機械噴丸成形的基本原理是利用高速彈

17、流撞擊金屬板件表面, 使受噴表面的表層材料產(chǎn)生塑性變形, 導致殘余應(yīng)力, 逐步使整體達到外形曲率要求的一種成形方法。機械噴丸成形時, 每個金屬彈丸都以高速撞擊金屬板件的表面, 使受噴表面的金屬圍繞每個彈丸向四周延伸, 金屬的延伸超過材料的屈服極限, 產(chǎn)生塑性變形, 形成壓抗, 從而引起受噴表層的面積加大, 但表層材料的延伸又為內(nèi)層金屬所牽制, 因而在板件內(nèi)部產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力, 內(nèi)應(yīng)力平衡的結(jié)果使板件發(fā)生雙向彎曲變形, 從而使板料成形。上下表層為殘余壓應(yīng)力機械噴丸成型后板料的特點：a 上下表層為殘余壓應(yīng)力 b 受噴表層的材料組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化c 受噴表面變得粗糙1.3 激光沖擊技術(shù)1.3.1 激光沖擊

18、強化的原理 激光沖擊強化技術(shù)能提高許多金屬材料的抗疲勞斷裂性能, 該技術(shù)利用高功率密度(大于1 0s w /c m z )和短脈沖寬度(幾十納秒)的激光束輻照金屬表面, 使金屬表面的涂層材料瞬時汽化、膨脹、爆炸, 產(chǎn)生一個向金屬內(nèi)部傳播的壓力沖擊波, 該沖擊波的峰值壓力高于金屬材料的動態(tài)屈服極限, 使金屬材料產(chǎn)生密集、均勻和穩(wěn)定的位錯密度。同時, 由于沖擊波貯藏的彈性變形能大于或等于金屬材料所需的屈服塑性變形能, 在金屬表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。這兩種因素的共同作用, 提高了金屬材料抗疲勞斷裂的性能。沖擊原理簡化流程圖高功率激光待處理表面透明約束層（汽化.膨脹）沖擊波殘余應(yīng)力場.晶體缺陷的形成1.3

19、.2 激光沖擊強化的特點 1)lsp能形成深度更深且數(shù)值更大的殘余壓應(yīng)力影響層，通過lsp獲得的殘余壓應(yīng)力影響層可達12mm，是噴丸的510倍；2)lsp所用的激光參數(shù)和作用區(qū)域可以精確控制，參數(shù)也具有可重復性，可以在同一地方通過累積的形式多次強化，因而殘余壓應(yīng)力的大小和強化層的深度精確可控；3)由于激光的可達性好，光斑大小可調(diào)，且能精確控制和定位，lsp技術(shù)能夠處理一些傳統(tǒng)工藝不能處理的部位。特別適合對小孔、倒角、焊縫和溝槽等部位進行強化，甚至能對一些微米級金屬零件進行強化7；4)lsp后，金屬表面留下的沖擊坑深度僅為數(shù)個微米，基本不改變被處理零部件的粗糙度8。對于發(fā)動機葉片等對表面形變特別

20、敏感的零部件，沖擊強化后1.3.3 激光沖擊強化的效應(yīng)從材料損傷的角度來看, 不論是疲勞還是動態(tài)破壞, 都是一個微裂紋( 或空洞) 成核、演化和失效破壞的連續(xù)過程, 材料損傷演化過程是全體裂紋共同作用的結(jié)果, 因此研究裂紋萌生、擴展問題具有重要意義。疲勞壽命包括裂紋萌生壽命和裂紋擴展壽命兩部分, 這兩部分壽命在總壽命中不僅與材料成分、組織、性能有關(guān), 而且與沖擊參數(shù)有關(guān)。由于沖擊波與材料相互作用，微觀上改變了材料內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)的分布；宏觀上表現(xiàn)為材料力學性能的改變。如生成的大量位錯可以提高材料表面的硬度和強度；細化晶粒不僅能提高材料的強度，還能提高材料表面的塑形和韌性；塑形變形可以在材料表層產(chǎn)生

21、殘余壓應(yīng)力，從而提高材料的疲勞壽命。（1）激光沖擊對裂紋萌生的影響疲勞極限微細觀過程理論認為，疲勞源的行成應(yīng)包括以下六個微細觀過程：a 加載時，個別晶粒內(nèi)位錯開動，產(chǎn)生微觀滑移，但其發(fā)展將受到周圍晶粒的制約，在一些薄弱晶粒內(nèi)部或微觀應(yīng)力集中點附近出現(xiàn)位錯的運動并受阻于晶界；b 為了使“微觀屈服”能進一步發(fā)展，在周圍晶粒內(nèi)激發(fā)位錯源及位錯的運動，以協(xié)調(diào)塑性變形，從而形成一些由相當多晶粒參與的“細觀屈服”小區(qū)；c 在“細觀屈服區(qū)”中的一些晶粒內(nèi)形成應(yīng)變集中滑移帶；d 在卸載或反向加載到最小應(yīng)力時，一些應(yīng)變集中滑移帶在周圍彈性區(qū)的“脅迫”下或在反向載荷的作用下反向屈服；e 少數(shù)應(yīng)變集中滑移帶中萌生疲

22、勞初裂縫；f 個別條件合適的疲勞初裂縫，擴展進入周圍晶粒，成為能發(fā)展成宏觀疲勞裂縫的疲勞源。當試件表層存在殘余壓力時，可以從兩方面來考慮殘余應(yīng)力的作用：一方面，在材料表面，殘余壓應(yīng)力的存在起到了降低平均應(yīng)力的作用，抵消了部分載荷應(yīng)力，起到直接的強化的作用；另一方面，較高的殘余壓應(yīng)力阻止了裂紋在表面萌生，使裂紋萌生由表面推移至次表面薄弱區(qū)，該區(qū)域往往是殘余拉應(yīng)力最大區(qū)，此處沒有表面損傷和介質(zhì)的影響，同時位錯滑移受到較大約束，裂紋萌生困難，表現(xiàn)為疲勞壽命提高，此時殘余壓應(yīng)力起到間接強化的作用。表面和內(nèi)部行成“細觀屈服區(qū)”的極限應(yīng)力是不同的。表面層中的晶粒，其自由表面一側(cè)沒有約束或約束較小，位錯容易

23、滑動，在其附近形成“細觀屈服區(qū)”需要的極限應(yīng)力較低；而在離表面較遠的內(nèi)部晶粒，其形成這樣的“細觀屈服區(qū)”需要的極限應(yīng)力就較高。（2）激光沖擊對裂紋擴展的影響激光沖擊強化對裂紋擴展的抑制作用十分明顯，其機理可以從如下方面闡述：殘余壓應(yīng)力場阻礙疲勞裂紋的擴展，對短裂紋不僅可以使其擴展速率大幅度下降，進而形成非擴展裂紋，并且大大提高疲勞短裂紋的閉合力，從而使強化件的疲勞強度得到提高。當裂紋開始擴展時，隨著表面殘余壓應(yīng)力的增加，應(yīng)力強度因子k減小，裂紋擴展速率降低；當k低于裂紋擴展門檻值時，裂紋停止擴展。在循環(huán)過程中，發(fā)生了殘余壓應(yīng)力松弛，使k重新增大，裂紋擴展速率加大，最終導致斷裂。鄒世坤等研究了激

24、光沖擊處理金屬板材后的裂紋擴展速率，激光沖擊處理使厚度為1.64mm的gh30整個沖擊強化區(qū)裂紋擴展速率將為原來的1/30.在部分強化區(qū)域內(nèi)，激光沖擊處理能明顯降低1.52mm厚的30crmnsia裂紋擴展速率，最大幅度可降到原來的1/40.對激光沖擊處理的材料疲勞裂紋擴展的研究表明，激光沖擊處理可顯著降低鋁合金的疲勞裂紋擴展速率。其主要原因是在于激光沖擊處理可提高位錯密度和形成表面殘余壓應(yīng)力。對激光處理過的材料的疲勞斷口分析可知，激光沖擊部位表層殘余壓應(yīng)力在一定程度上抑制了裂紋源的形成，并可延長裂紋擴展的時間。（3）激光沖擊處理對材料表面硬度的影響激光沖擊處理提高金屬表面的硬度是其強化作用的

25、令一個重要方面。激光沖擊加工在整個激光輻照區(qū)域使金屬表面硬度提高。此外，激光沖擊強化還可以有效地強化某些金屬的焊縫區(qū)。如高溫合金gh30氬弧焊焊縫經(jīng)激光沖擊處理后，焊縫表面顯微硬度提高40%，抗拉強度提高了12%以上；激光沖擊強化使焊態(tài)5086h32鋁合金的屈服強度回復到母材的水平。這些焊接接頭的強化是因為激光沖擊使材料內(nèi)部產(chǎn)生了高密度的位錯。（4）激光沖擊處理對耐磨性能及腐蝕性能的影響激光沖擊強化也可以改善耐磨性能和腐蝕性能。研究表明，激光沖擊加工產(chǎn)生的圍繞夾雜物的純力學效應(yīng)可改善含鹽介質(zhì)中316l不銹鋼的耐點蝕性能；亦使100cr6工具鋼的磨損率下降。對儲能罐.核廢料罐焊縫進行激光沖擊強化

26、后，其疲勞裂紋和應(yīng)力腐蝕的性能大大提高了，其使用壽命可以達到上萬年的使用設(shè)計要求。根據(jù)相關(guān)實驗表明，經(jīng)激光沖級強化后的焊縫在一周后未見腐蝕，而未經(jīng)強化的焊縫24小時后即出現(xiàn)嚴沖的腐蝕。1.4 激光沖擊強化的影響因素激光沖擊強化技術(shù)可以大大提高材料的疲勞性能和耐磨性能，并且成功用于航空航天、核工業(yè)等領(lǐng)域。目前國內(nèi)外研究人員越來越多的關(guān)注激光沖擊強化技術(shù)的基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)工藝研究。影響激光沖擊強化效果的影響因素主要有激光參數(shù)、能量吸收層和約束層、材料等。1.4.1 激光參數(shù)a 激光功率密度fabbro 等人提出了沖擊波峰值壓力與激光功率密度之間的關(guān)系其中，z=1/（z1+z2）式中：a常量；z1，z

27、2材料和約束層的沖擊波阻抗，i激光功能功率密度。從式中看出，在材料和約束層一定的情況下，激光功率密度越大，沖擊波的峰值壓力越大。zhou 等人也在最近對等離子體研究中發(fā)現(xiàn)，激光功率密度與產(chǎn)生等離子體寬度存在著非線性增長關(guān)系。b 激光脈寬激光脈寬的大小對金屬材料的沖擊強化效果至關(guān)重要。激光沖擊強化后的塑性變形層深度、表面殘余壓應(yīng)力均與激光脈寬有關(guān)，采用較大的激光脈沖寬度可獲得較好的強化效果。然而，過大的激光脈沖寬度極易造成金屬材料表面的熱損傷，降低激光沖擊處理的效果。1.4.2 能量吸收層和約束層能量吸收層產(chǎn)生等離子體，約束層延長等離子體的噴射時間，增加了沖擊壓力和作用時間。a 能量吸收層能量吸

28、收層（如黑漆、鋁箔）對強化效果的影響基本可以歸結(jié)為，它與靶材的熱物性行為之間差別，這種差別使等離子體產(chǎn)生和膨脹、爆炸成為可能，所以在有涂層時，激光沖擊波的形成實際上取決于涂層與激光之間的作用。張等人采用改進的黑漆涂層進行激光連續(xù)沖擊，發(fā)現(xiàn)其防護效果和抗剝離能力效果明顯。b 約束層在涂層的外面覆蓋的一層透明材料稱之為約束層。理論和實驗研究都表明: 約束層阻礙了等離子體的膨脹, 增強了與激光能量的耦合和沖擊波的相互作用。因此, 約束層結(jié)構(gòu)能有效提高激光誘導沖擊波的峰壓值, 增加沖擊波的脈寬。在約束模式下沖擊波峰壓達到10gpa, 激光沖擊波的脈寬提高到激光脈沖寬度的2-3倍。約束層對沖擊強化效果的

29、影響比較明顯，延長了等離子體的噴射時間，增加了沖擊壓力和沖擊時間。約束層主要采用k9 光學玻璃、有機玻璃、硅膠、合成樹脂和水等。玻璃類約束層對沖擊壓力提升效果最明顯，但僅適用于平面加工，且易碎，難于清理；硅膠和合成樹脂與靶材結(jié)合力小，且難以重復利用；水約束層的優(yōu)點是廉價、清潔、重復效果好，可用于加工曲面，而且流動的水約束層可以帶走等離子體爆炸后的固體粉塵顆粒，這些優(yōu)勢是其他所有約束介質(zhì)無法取代的。張等人發(fā)現(xiàn)分別采用黑漆和水作為吸收層和約束層會起到更好的沖擊效果。同時采用水作為約束層存在缺點：剛性差異導致約束效果不及玻璃；高功率下易產(chǎn)生擊穿等離子體；高沖擊頻率下，水層飛濺，光路上的水珠和水霧對激

30、光形成散射。在使用水作為約束層時，采用行之有效的工藝方法，準確控制約束層厚度，保證水流均勻，以避免沖擊處有水波紋等仍是今后研究的重點。1.4.3 材料材料的不同，沖擊強化的效果也隨著不同，陳等人對三種不同材料進行激光沖擊強化處理，發(fā)現(xiàn)其硬度和耐磨性都得到顯著提高，但提高程度不同。1.5 常見激光沖擊工藝激光沖擊工藝是一個復雜的過程，涉及激光與材料的相互作用.沖擊波傳播及其對材料的加載機制.動態(tài)塑形理論，高壓高應(yīng)變下物態(tài)方程等眾多學科領(lǐng)域。當高功率密度.短脈沖激光束通過透明的約束層照射到涂有涂層的金屬表面時，表面涂層吸收激光能量后迅速氣化并發(fā)生電離，形成等離子體，產(chǎn)生向金屬內(nèi)部傳播的沖擊波。當沖

31、擊波的峰值壓力超過金屬材料的動態(tài)屈服強度時，將使金屬表面產(chǎn)生一定的塑形變形，同時使金屬材料的組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，從而實現(xiàn)材料表面強化，改善了材料的疲勞性能。小孔激光沖擊強化包含2種工藝方法：1先鉆孔后激光沖擊；2先激光沖擊后鉆孔。1.6 激光沖擊強化技術(shù)的研究與應(yīng)用 激光沖擊強化是利用強激光誘導的高達數(shù)g 帕的沖擊波壓力使材料表層發(fā)生微觀塑性變形，形成殘余壓應(yīng)力層，從而有效地改善了金屬材料的機械性能，特別能大幅度提高材料的疲勞壽命、抗應(yīng)力腐蝕性能。具有如下的特點：（1）高壓、高應(yīng)變率。沖擊波峰壓力達到數(shù)萬個大氣壓；應(yīng)變率達到107s-1，比噴丸強化高出萬倍，比爆炸高出百倍。（2）超快。

32、塑性變形時間僅僅幾十納秒。（3）無機械和熱應(yīng)力損傷。激光沖擊強化后的金屬表面不產(chǎn)生畸變和機械損傷，而且激光脈沖短，只有幾十納秒，瞬間完成與沖擊過程，且大部分能量被能量吸收層吸收，傳到金屬表面的熱量很少，所以無熱應(yīng)力損傷。1972 年，美國battlells columbus 實驗室的fairand b.p.等人首次用高功率脈沖激光誘導的沖擊波來改變7075 鋁合金的顯微結(jié)構(gòu)組織和機械性能，研究表明其屈服強度提高30%。隨后在對2024 t351 鋁合金試件進行激光沖擊試驗中，發(fā)現(xiàn)激光沖擊后表面硬度有較大的提高，如圖 所示；另外實驗還表明，激光沖擊后的在材料表面產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力的大小及其作用深度

33、較傳統(tǒng)處理方式有很大的改善。在研究了激光沖擊強化鋁合金后，鈦合金、鐵、銅也被成功處理。另外，科研人員擴大研究范圍，對6061-t6合金、2024t3 合金、ti-6al-4v 合金進行沖擊，提高其耐疲勞強度，并認為表面硬度的提高是由于強化產(chǎn)生的位錯引起的。最近yilbas 等人研究了純鋁的激光沖擊強化特性，通過電鏡掃描發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部組織也會產(chǎn)生位錯現(xiàn)象。研究還發(fā)現(xiàn)：對18ni 馬氏體時效鋼的焊縫進行處理后，耐疲勞強度提高17%。senecha 等人研究了激光誘導的沖擊波在鋁薄片中的傳播，表明數(shù)值模擬可以很好計算激光吸收系數(shù)。激光沖擊強化在中國還處于研究和初步應(yīng)用階段，從事這方面研究的主要有南京航空

34、航天大學和江蘇大學。最近，w.cheng 等人對航空發(fā)動機葉片進行激光沖擊處理，耐疲勞壽命得到顯著提高。在激光沖擊強化技術(shù)的工程應(yīng)用方面，美國等工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)進入了商業(yè)化時代。1995 年美國的jeff dulaney 創(chuàng)建激光沖擊處理公司（lsp technologies.inc）。主要是向業(yè)界提供優(yōu)質(zhì)的lsp 服務(wù)和設(shè)備。同年美國加利福尼亞大學lawrence livermore國家重點實驗室mic（metal improvement co.inc.）開發(fā)研制了平均功率為600w、功率為3gw、每鐘能產(chǎn)生10 個脈沖釹玻璃激光器，成功用于噴氣發(fā)動機扇葉的強化，如圖6 所示。1997 年g

35、eae 公司（通用電氣航空發(fā)動機廠）將激光沖擊強化用于b-1b/f101 發(fā)動機葉片生產(chǎn)線，節(jié)約維修保養(yǎng)費9900 萬美元，如圖所示。2002 年，美國mic 公司將激光沖擊強化用于葉片生產(chǎn)線，如圖 所示，每月可節(jié)約飛機保養(yǎng)費、零件更換費幾百萬美元，隨后擴展應(yīng)用于f16 戰(zhàn)斗機及最先進的f22 戰(zhàn)斗機。據(jù)估計，僅用于軍用戰(zhàn)斗機葉片的處理，美國就可節(jié)約成本逾10 億美元。2005年國又將激光沖擊延壽逐步推廣到大型汽輪機、水輪機的葉片處理，石油管道，汽車關(guān)鍵部件減量化等。據(jù)報道僅僅石油管道焊縫的處理就達10 億美元以上的收益。1.7 研究的主要內(nèi)容激光沖擊強化技術(shù)作為一種新的表面處理技術(shù)，能顯著的

36、提高材料的抗疲勞性能。本文選取了先開孔后激光沖擊的工藝方法，通過實驗與數(shù)值模擬分析研究了不同激光沖擊工藝下小孔區(qū)域的殘余應(yīng)力場及其疲勞性能，并對疲勞斷口進行了相應(yīng)分析，主要工作如下：1. 以abaqus軟件為基礎(chǔ)，建立小孔強化數(shù)值模擬的總體方法，建立起激光沖擊參數(shù)一殘余應(yīng)力一疲勞特性之間的數(shù)字化分析方法。對數(shù)值分析過程中的關(guān)鍵問題和相關(guān)設(shè)置進行了處理。2. 定性分析激光沖擊對小孔疲勞壽命的影響，在不同的激光參數(shù)下的疲勞數(shù)值分析，且這些參數(shù)獨立改變，為小孔激光沖擊強化過程中殘余應(yīng)力控制和疲勞性能提供指導。3. 研究激光搭接沖擊強化技術(shù)，同樣進行數(shù)值模擬，對比分析丌孔前后殘余應(yīng)力場的變化，然后在不

37、同疲勞載荷下進行疲勞數(shù)值分析，最后研究疲勞性能。4. 進行激光搭接沖擊處理實驗后對疲勞性能進行分析并從斷口形貌與斷面粗糙度的角度對不同處理狀態(tài)下疲勞斷口進行了相應(yīng)的研究分析。第二章 疲勞分析的數(shù)值建模激光沖擊工藝復雜，強化效果影響因素較多，完全采用實驗手段研究該工藝費時費力，數(shù)值模擬可以用來預測激光沖擊強化效果，根據(jù)有限元模擬獲得的應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果進一步的疲勞壽命設(shè)計，可以在設(shè)計階段判斷零部件的疲勞壽命薄弱位置，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，為進一步的實驗研究提供參考。本文以abaqus軟件為平臺，建立激光沖擊強化前后的疲勞壽命預測模型，模擬時主要研究激光沖擊誘導的殘余應(yīng)力場及塑形變形兩者的協(xié)同

38、效應(yīng)，分析其對疲勞壽命的影響機理。2.1 數(shù)值模擬的總體思路 本文基于abaqos軟件平臺，采用先開孔后激光沖擊的工藝方法，通過有限元建模，建立起激光沖擊參數(shù)-殘余應(yīng)-疲勞特性之間的數(shù)字化分析方法。用不同激光沖擊參數(shù)沖擊強化小孔，研究分析小孔殘余應(yīng)力場，進而分析對小孔疲勞壽命的影響。 總體思路為：激光沖擊過程的動態(tài)加載是復雜的非線性動力學問題。激光誘導的沖擊波峰值壓力大且作用時間短, 當金屬局部表面受到這種沖擊載荷作用時, 擾動會逐漸由近及遠傳播到未受擾動的區(qū)域中去, 這種擾動的傳播就是應(yīng)力波。選擇顯式積分算法可精確追蹤靶材由于應(yīng)力波作用所產(chǎn)生的動力學響應(yīng)。由于應(yīng)力波在金屬靶材內(nèi)部傳播過程中存

39、在反射和相互作用, 因此為了使靶材獲得充分的塑性變形, 必須使設(shè)定的顯式算法的計算時間大于激光誘導沖擊波的持續(xù)時間。為了以最小的計算機時獲得最終靶材表面及內(nèi)部的殘余應(yīng)力場分布, 需要將應(yīng)用動力顯式算法得到的計算結(jié)果導入適合于計算靜態(tài)和自然頻率響應(yīng)問題的靜力隱式算法模塊進行平衡回彈運算。另外, 在模擬單點多次激光沖擊形成的殘余應(yīng)力場時,第一次沖擊計算得到的殘余應(yīng)力、應(yīng)變值應(yīng)作為初始值讀入顯式積分算法模塊中, 以進行第二次沖擊波加載的有限元計算。下面為激光沖擊的有限元模擬流程： 激光沖擊的有限元模擬流程 finite element simulation process of laser shoc

40、k2.2 abaqus建模過程激光沖擊強化金屬板料致使材料表面產(chǎn)生塑性變形，其沖擊能量來源于激光沖擊與金屬材料相互作用時在表面產(chǎn)生的強大的沖擊波。沖擊波載荷的大小、加載方式及加載時間是影響數(shù)值模擬精度的關(guān)鍵。因此，如何設(shè)置激光沖擊波載荷大小和加載方式是模擬激光沖擊強化的關(guān)鍵問題。2.2.1 幾何模型的建立abaqus的part模塊里面可以建立草圖，也可以進行拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等操作。建立模型時應(yīng)注意尺寸，以免模型過大或過小對沖擊效果有影響。本文研究激光沖擊對小孔疲勞壽命的影響，模型如下：該有限元模型孔半徑5mm，厚度5mm，采用ly12-cz鋁合金。2.2.2 材料的本構(gòu)模型材料本構(gòu)模型是

41、根據(jù)材料及模型的變形情況來選擇的，是綜合考慮的結(jié)果。選擇本構(gòu)模型最核心的一點是：利用某本構(gòu)模型擬合得到的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)應(yīng)最大程度上能反映你所使用的實驗數(shù)據(jù)，吻合程度越好，說明選擇的模型對這組材料越適合。j-c模型是由johnson和cook于1983年針對金屬材料在大變形.高應(yīng)變速率和高溫條件下的流變行為提出的一種經(jīng)驗?zāi)Ｊ?。j-c模型形式簡單，參數(shù)少，使用方便，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。但是j-c模型實際上是將材料的力學行為歸結(jié)為應(yīng)變效應(yīng)、應(yīng)變速率效應(yīng)和溫度效應(yīng)相乘的一種經(jīng)驗型本構(gòu)模型，這與材料的實際流變行為有些不一致，如j-c模型中將應(yīng)變速率效應(yīng)看作是應(yīng)變速率對數(shù)的線性函數(shù)，這與一些材料的實際情

42、況不太一致，為此有研究人員提出了應(yīng)變速率效應(yīng)是應(yīng)變速率對數(shù)的指數(shù)函數(shù)：式中：為塑性應(yīng)變；*o ，為無量綱應(yīng)變速率，o為參考應(yīng)變速率；* （）/（），為無量綱溫度， 為試驗溫度，為室溫溫度，為金屬材料的熔點溫度；， 為個待定系數(shù)。本論文研究的參數(shù)為：a為325，b為555，c為-0.001，m為2.20，n為0.28。材料參數(shù)為：密度2780g/mm3，彈性模量為73gp，泊松比為0.3。2.2.3網(wǎng)格劃分劃分網(wǎng)絡(luò)是有限元模型的一個重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問題較多，工作量較大，所劃分的網(wǎng)絡(luò)形式由于作者的水平和思路不同而有很大的差異，因而對計算機精度和計算規(guī)模會產(chǎn)生顯著的影響。一般來講，網(wǎng)格數(shù)量增加

43、，計算精度會有所提高，但同時計算規(guī)模也會增加，網(wǎng)格較少時，增加網(wǎng)格數(shù)量可以顯著提高計算精度，而計算時間不會有很大的增加。所以應(yīng)注意增加網(wǎng)格數(shù)量后的經(jīng)濟性。下圖為本論文模擬時的網(wǎng)格劃分:2.2.4激光誘導沖擊波的加載 在fabbro 研究的基礎(chǔ)上, 通過估計沖擊波峰值壓力的大小, 以及由pvdf 傳感器得到的沖擊波壓力幅值-時間曲線實現(xiàn)激光誘導沖擊波的精確加載。（a） 激光誘導沖擊波峰壓估算由于激光沖擊波加載本身的特殊性，即作用時間短(ns級)、壓力大(gpa級)，因此用軟件來模擬激光沖擊波的產(chǎn)生還比較困難。因此，在激光沖擊強化模擬過程中，將沖擊波載荷簡化為作用在沖擊區(qū)域內(nèi)隨時間和空間變化的壓力

44、載荷，然后將其作為載荷直接作用在板料表面。確定沖擊波的加載方式后，需確定壓力載荷的峰值。目前，模型中的沖擊波峰值壓力采用的是約束模式，因此本節(jié)只探討約束模式下的沖擊波壓力。根據(jù)爆轟波穩(wěn)定傳播理論，在沖擊波陣面上，其質(zhì)量、動量和能量保持守恒以及沖擊波波速之間的關(guān)系，推得激光沖擊波峰值壓力估算式。（2.1）式中彳為吸收系數(shù)，080-095；r為等離子體的絕熱指數(shù)，這里取167；zto，zco知分別為靶材和約束層材料的聲阻抗，單位kgm2s； ka和kc分別為與能量吸收層和約束層密度有關(guān)的參量，單位kgm3；p為等離子體的密度，單位kgm3，可看作為是約束層材料、能量吸收層和工件材料汽化蒸汽的綜合體

45、；而為激光功率密度，單位wcm2；pmax為沖擊波壓力峰值，單位gpa。在fabbro r 等人的研究基礎(chǔ)上, 考慮到表面涂層的吸收率和約束層的透射率, 激光誘導的沖擊波峰值壓力也可以表示為 : （2.2）式中, p為激光誘導的沖擊波峰值壓力, io為激光脈沖功率密度, m為約束層對激光的透射率; a為表面涂層對激光的吸收率;為金屬材料與約束層的匹配阻抗, z1 為金屬材料的沖擊阻抗,z2 為約束層的沖擊阻抗。（b） 激光誘導沖擊波壓力幅值-時間曲線確定在有限元模擬過程中, 假設(shè)激光誘導沖擊波的空間分布是均勻的, 時間分布則由pvdf傳感器記錄的壓電信號經(jīng)積分運算后得到, 積分公式為: （2.

46、3）式中, k為動態(tài)標定系數(shù), a為pvdf有效激活面積,r為pvdf兩極并聯(lián)電阻( 50歐 )。根據(jù)激光脈沖作用時間和實驗記錄的脈沖信號，可以將激光誘導的沖擊波載荷按照激光脈沖信號的分布，采取分段逐次逼近的辦法實現(xiàn)激光脈沖載荷的加載。激光沖擊波壓力值在整個作用時間內(nèi)并不相等，是隨時間的變化而變化的，先是上升，隨后衰減，大致呈現(xiàn)為準高斯分布形式。圖2.1激光沖擊波壓力加載幅度曲線fig.2.1loading rate c'urve of laser shock wave pressure2.2.5邊界條件的設(shè)置對于有限單元區(qū)域, 邊界條件是限制對稱軸上節(jié)點沿半徑方向的位移。無限單元體的

47、引入可以作為一種􀀁 靜􀀁邊界條件處理。有限單元的自由邊界可以反射應(yīng)力波, 無限單元則可以盡量減少應(yīng)力波從自由界面反射回有限單元體內(nèi)。在有限元模擬過程中還考慮了幾何非線性的影響。下圖為本論文模擬時的邊界約束： 第三章 激光沖擊中殘余應(yīng)力場的分析3.1 激光沖擊處理工藝參數(shù)的選擇激光沖擊處理工藝參數(shù)指的是: 激光脈沖( 平均) 功率密度、光斑直徑和激光脈沖寬度( fwhm) ,三者之間的關(guān)系可以表示為: （3.1）其中, e 為激光脈沖能量, io 為激光脈沖功率密度,d 為光斑直徑, s為激光脈沖寬度。因此激光沖擊處理工藝參數(shù)的選擇實質(zhì)上是對激光脈沖功率密度、

48、光斑直徑和激光脈沖寬度的選擇。3.1.1激光脈沖功率密度的選擇為了在金屬表面獲得塑性變形, 激光沖擊所產(chǎn)生的沖擊波峰值壓力必須超過被處理金屬材料的動態(tài)屈服強度即： （3.2）聯(lián)立（2.2）和（3.2），可得激光沖擊處理所需的最小激光脈沖功率密度為: （3.3）另一方面, 為了防止材料發(fā)生層裂, 激光沖擊產(chǎn)生的沖擊波峰值壓力不應(yīng)超過材料的動態(tài)抗拉強度，即： （3.4）聯(lián)立（2.2）和（3.4）可得可得激光沖擊處理時所需的最大激光脈沖功率密度為: （3.5）由此可見, 金屬材料激光沖擊處理時所需的激光脈沖功率密度范圍為: （3.6）3.1.2光斑直徑的選擇如圖2. 1 所示, 薄板在x 軸方向受均

49、勻分布的拉應(yīng)力r0 作用, 板中有一直徑為d 的小圓孔。圖2.2拉伸載荷作用下無限平板上小圓孔的受力fig.2.2thin,infinite plate with a circular hole subjected to uniaxial tensile stress對于無孔的平板, 板中的各應(yīng)力分量為: （3.7）當在平板上開一個直徑為d 的小孔后, 板中的各應(yīng)力分量為: （3.8）在圖2.2 所示的條件下, 小孔的疲勞裂紋是沿y 軸方向形成和擴展的。因而y 軸的應(yīng)力狀態(tài)直接影響裂紋的形成和擴展。沿y 軸, 即= 90°時, 代入(3.8) 式, 各應(yīng)力分量為: （3.9）當r =

50、3/2d 時, y 軸方向的各應(yīng)力分量為: （3.10）這種狀態(tài)相當于無孔平板受拉伸時的應(yīng)力狀態(tài)。因此在激光沖擊處理小孔時, 為降低應(yīng)力集中所產(chǎn)生的最大應(yīng)力, 提高小孔抗疲勞斷裂能力, 應(yīng)使小孔在3d 的范圍內(nèi)得到強化。因此對小孔進行激光沖擊強化處理時, 激光光斑直徑d 應(yīng)滿足: （3.11）3.1.3 激光脈沖寬度的選擇為了獲得較大的強化深度, 需要采用較大的激光脈沖寬度 。但是, 過大的激光脈沖寬度易造成金屬表面燒蝕 。因此, 一般情況下, 激光脈沖寬度應(yīng)在幾個納秒到幾十納秒之間。3.2激光沖擊過程中的動態(tài)分析 激光沖擊的前過程是個動態(tài)過程，通過激光沖擊與材料表面作用而產(chǎn)生力的變化，以此來

51、實現(xiàn)彈性性變。整個過程中靶體表面及內(nèi)部的應(yīng)力場始終在變化，通過abaqus軟件可以清楚地看到整個過程。 本論文所要研究的對象是以模擬鋁合金在沖擊前后應(yīng)力場的變化來近一步分析激光沖擊對小孔疲勞壽命的影響，因此通過模擬動態(tài)變化過程可以更直觀.清晰地了解沖擊改性的原理及方法，下面是通過abaqus來模擬的不同時刻靶體的應(yīng)力場分布圖：0ns時的應(yīng)力分布100ns時的應(yīng)力分布200ns時的應(yīng)力分布300ns時的應(yīng)力分布400ns時的應(yīng)力分布500ns時的應(yīng)力分布 600ns時的應(yīng)力分布700ns時的應(yīng)力分布3.3 動態(tài)導入靜態(tài)五 疲勞試樣斷口分析5.1 疲勞斷口及疲勞行為分析圖5.1 所示為激光沖擊強化

52、和未經(jīng)激光沖擊強化鋁合金疲勞試驗斷口的掃描電鏡( sem) 形貌。由圖可見, 疲勞斷口由疲勞源、疲勞裂紋擴展區(qū)和瞬斷區(qū)3 個典型區(qū)域組成。疲勞源的形成位置與試樣表面的微觀缺陷、加工質(zhì)量和殘余應(yīng)力狀態(tài)有密切的關(guān)系。比較圖5.1( a) , ( b) 可以看到, 激光沖擊強化后鋁合金的疲勞源位置與未經(jīng)激光沖擊強化的疲勞源位置有明顯不同。圖5.1( a) 為未經(jīng)激光沖擊強化鋁合金疲勞斷口, 呈現(xiàn)疲勞源形成和擴展的典型特征。圖中a點為疲勞源, 白色箭頭為擴展方向, 白線范圍內(nèi)為疲勞裂紋擴展區(qū)?？梢娮云谠雌? 疲勞裂紋以扇面放射方式向平面四周擴展, 并呈解理脆性狀疲勞斷口形貌, 這符合高強度鋁合金的疲

53、勞特征。圖5.1疲勞斷口宏觀形貌( a) 未受沖擊材料的疲勞區(qū); ( b) 激光沖擊材料的疲勞區(qū)fig . 5.1 morphology of the fatigue fracture ( a) non-laser-shocked; ( b) laser-shocked激光沖擊強化試樣的疲勞源與試樣表面有一段距離, 相當于強化層的深度。因為經(jīng)激光沖擊強化后試樣表面產(chǎn)生了很大的殘余壓應(yīng)力, 它能顯著而有效地降低尖角等應(yīng)力集中部位的拉應(yīng)力峰值。同時, 表面殘余壓應(yīng)力與加載應(yīng)力疊加后使表面層總應(yīng)力降低, 致使表層的總應(yīng)力大大低于強化層的疲勞極限, 因此裂紋源移向強化層以內(nèi)。雖然疲勞裂紋的擴展也呈扇形

54、放射狀, 但在表層殘余壓應(yīng)力的作用下, 向表層方向的擴展受到了阻礙, 如圖5.1( b) 所示。在循環(huán)載荷作用下, 裂紋擴展進入第二階段。在裂紋擴展第二階段初期, 斷口的微觀形貌上出現(xiàn)典型的垂直于解理臺階的疲勞紋, 即垂直于裂紋擴展方向, 由于晶界、第二相等的存在, 有時會發(fā)生一定角度偏離主擴展方向, 如圖5.2所示。圖5.2( a) 為未經(jīng)激光沖擊強化的試樣, 從圖中可以看到, 疲勞紋相互平行且具有規(guī)則間距,裂紋擴展速率較大, 同時在擴展初期就可以觀察到二次裂紋。比較圖5.2( a) ,（b） 可以看出, 激光沖擊強化試樣的裂紋擴展速率要比未經(jīng)激光沖擊強化處理的試樣慢且疲勞紋間距更小。根據(jù)圖

55、示的標尺估計, 其每個周期疲勞紋的進展只有未經(jīng)激光沖擊強化試樣的1/ 5 1/ 4。此外, 如圖5.2( b) 所示, 激光沖擊試樣的疲勞紋邊緣彎曲, 如云紋一般, 紋與紋之間也難辨別明顯的界限。這是因為在疲勞裂紋擴展第二階段初期, 裂紋較淺而較平坦, 但由于受到強大的殘余壓應(yīng)力作用, 裂紋擴展過程中隨每次循環(huán)張開的幅度必然小于未經(jīng)強化的材料,已產(chǎn)生的疲勞紋不斷受到碾擠,最終變成云紋狀, 其上的疲勞紋無法辨別。而沒有殘余壓應(yīng)力的普通試樣則留下清晰的疲勞紋。圖5.2疲勞裂紋擴展第二階段初期斷口( a) 未受沖擊試樣疲勞斷口的疲勞紋; ( b) 激光沖擊試樣疲勞斷口的疲勞紋fig.5.2 sem photos at the beginning of stage in fatigue crack propagation zone. ( a ) fatigue striations of non-laser-shocked sample; ( b ) fatig ue striations of laser-shocked sample圖5.3 為疲勞裂紋擴展第二階段后期的典型照片。如圖所示, 未經(jīng)激光沖