基于深度—敏感压痕技术的喷丸铝锂合金板残余应力分布特征研究

摘要

喷丸残余应力场是由弹丸撞击金属表面导致的不均匀塑性变形所产生的，它能显著提高零件的抗疲劳强度、抗应力腐蚀及抗蠕变开裂能力，进而影响机器设备的服役寿命。因此，精确、高效地测量喷丸所形成的残余应力场对于合理制定喷丸工艺以及对喷丸强化零部件进行寿命预测等具有重要的意义。
　　本文首先对目前工程中采用的喷丸强化残余应力测试主要方法进行了回顾，指出了基于深度-敏感压痕(DSI)的残余应力测试方法具有测试简单，并可同时获得多种材料力学性质的优势。介绍了基于深度-敏感压痕的三种代表性残余应力计算模型。针对某铝锂合金薄板，采用深度-敏感压痕技术，详细研究了其在两种喷丸强度-0.1mmA和0.2mmA下的残余应力与力学性能分布特征。
　　针对压痕尺寸效应(ISE)研究确定出具有最小ISE的压入试验条件。通过对两种喷丸试样表面逐层电解减薄，并进行压痕试验，获得了压痕特征参量以及塑性硬化层的分布规律，发现喷丸强度从0.1mmA提高到0.2mmA可以得到更深以及衰减更为缓慢的塑性硬化层。结合Y.H.Lee模型计算得到了两种喷丸强度下残余应力场分布，发现提高喷丸强度，试样的表面残余压应力、残余压应力峰值深度及残余压应力场深度都得到较明显的提高。
　　对两种喷丸强度试样侧面沿板厚方向进行了残余应力分布测定。结果表明试样侧面的残余应力分布规律与试样表面的残余应力分布规律基本相同，相同喷丸强度下试样侧面的残余应力场影响深度会大于试样表面的残余应力场。
　　利用有限元分析软件建立多球碰撞的三维喷丸模型，将喷丸速度、弹丸接触顺序、弹丸碰撞次数作为参量与实验中衡量喷丸强度的Almen强度建立联系，得到不同喷丸强度下残余应力场，并与实验值对比和讨论。本论文的研究工作为进一步开拓利用深度-传感压痕(DSI)技术测试喷丸后残余应力场分布特征提供了一套完整的实验方案并初步建立起模拟不同喷丸强度残余应力场的有限元模型。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题意义

1．2 喷丸强化原理与喷丸工艺

1．3 测试喷丸强化残余应力场的主要方法及特点

1．4 基于深度-敏感压痕技术测试残余应力的研究进展

1．4．1 深度-敏感压痕技术

1．4．2 计算残余应力的代表性模型

1．5 本文主要研究内容

2 实验方法

2．1 引言

2．2 实验材料

2．3 压痕测试条件

2．3．1 实验仪器介绍

2．3．2 压痕尺寸效应与试验载荷确定

2．4 压痕测试方案

2．4．1 铝锂合金板表面测试

2．4．2 铝锂合金板侧面测试

2．5 本章小结

3 喷丸强化铝锂合金板的压痕测试结果与分析

3．1 铝锂合金板表面压痕测试结果

3．1．1 铝锂合金板表面压痕特征参量分布

3．1．2 铝锂合金板表面力学性能分布

3．1．3 铝锂合金板表面残余应力分布

3．2 铝锂合金板侧面压痕测试结果

3．2．1 铝锂合金板侧面压痕特征参量分布

3．2．2 铝锂合金板侧面力学性能分布

3．2．3 铝锂合金板侧面残余应力分布

3．3 本章小结

4 喷丸强化残余应力场的有限元模拟

4．1 引言

4．2 动态接触模型

4．2．1 喷丸强度

4．2．2 碰撞接触条件

4．2．3 材料阻尼

4．2．4 弹丸接触顺序

4．2．5 碰撞次数

4．3 残余应力的有限元模拟结果与分析

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

作者简历