【基于激光喷丸的靶材疲劳寿命的研究现状的文献综述1900字】

基于激光喷丸的靶材疲劳寿命的研究现状的文献综述金属靶材受到激光喷丸处理后，在残余压应力和表面加工硬化的协同作用下，其疲劳寿命得到提升；这种现象在众多金属材料如铝合金、镁合金、钛合金、碳钢、合金钢和高温合金的激光喷丸强化中均被观测到[68,69]。金属靶材的加工硬化使得疲劳裂纹的萌生难度增加，而残余压应力可以有效抵消零件所受到的拉伸载荷从而抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展速度。日本横滨国立大学的Takahashi1等[70]研究了激光喷丸对7075铝合金弯曲疲劳强度影响；结果表明，激光喷丸诱导的残余应力使试样的应力强度因子提升了5倍，提高了7075铝合金的损伤容限。江苏大学的Huang等[71]对Ti-6Al-4V钛合金进行了不同覆盖面积的激光喷丸处理；结果表明激光喷丸引起的残余应力对减缓疲劳裂纹扩展具有显著作用。斯洛文尼亚卢布尔雅那大学的Petan等[72]研究了激光喷丸对马氏体时效钢表面完整性和抗疲劳特性的影响；结果表明激光喷丸处理后试样表面粗糙度范围为Ra0.6~1.2μm，表面硬度增加，疲劳寿命增加。中南大学的李松柏等[73]研究了激光喷丸对2524铝合金疲劳寿命的影响；结果表明冲击后的试样疲劳寿命提升32%以上。大量文献研究都表明激光喷丸可有效提高试样疲劳寿命，然而在某些情况下，不适当的激光喷丸处理可能会引起疲劳寿命的下降。零件在激光喷丸处理后的疲劳寿命受到多种因素的影响，其中最主要的影响因素是残余应力的分布。飞机受损件修复过程中，边缘效应产生的侧面残余拉应力以及打磨表面形状引起的残余应力分布不均的问题会降低激光喷丸对疲劳寿命的强化效果，甚至导致激光喷丸处理后疲劳寿命反而下降的问题。在实际强化中，往往无法避开零件所具有的边缘以及孔洞。这些边缘和孔洞会对激光喷丸强化效果产生影响，甚至会在边缘处产生降低疲劳强度的残余拉应力。因此研究边缘对激光喷丸强化效果的影响规律，避免边缘对激光喷丸强化的负面影响，有着重要的实践意义。近年来，关于边缘效应对激光喷丸效果影响规律研究时有报道。但主要集中在对孔洞的研究。韩国航空航天研究所的Im等[74]研究了3种曲率模型激光喷丸强化后边缘的残余应力分布。结果表明，与最大残余压应力相比，激光喷丸在边缘部分产生的残余压应力较小。高搭接率相比于低搭接率更能获得均匀的残余应力场。西班牙马德里理工大学的Correa等[75]研究了3种不同的激光喷丸脉冲序列对疲劳试样残余应力分布的影响，并发现了边缘区域出现残余拉应力（如图1-11所示）。根据3种序列的对比结果发现，如果从试样边缘开始进行激光冲击强化，则其边缘会产生较高水平的残余拉应力。采用从试样冲击面内部开始冲击的策略则可以降低边缘效应的影响。但通过改变脉冲序列的方法对消除边缘效应的影响效果不大，侧面最大残余拉应力仅从40MPa降低到33MPa。因此边缘效应的消除方法还需进一步研究。安徽工业大学的Zhang等[76]和北京航天航空大学的Sun等[77]均研究了激光喷丸加工顺序对紧固件孔残余应力分布情况的影响（如图1-12所示）。在研究如何降低边缘效应影响时，Zhang采用了双面喷丸的方式，结果表明采用双面激光喷丸可以将残余压应力压缩到紧固件孔的两侧表面层中，实现了两侧表面层的应力调控，但侧面仍存在残余拉应力。Sun的结果表明先钻孔试样激光喷丸后孔边产生了有害的残余拉应力导致强化效果大打折扣。证明了孔及边缘会降低激光喷丸效果。Sun建议先强化后钻孔。然而在修复场合，喷丸零件往往已经具有孔和边缘等几何特征。图1-11边缘效应导致的侧面残余拉应力Fig.1-11Residualtensilestressatthesideduetoedgeeffect（a）先钻孔再激光喷丸（b）先激光喷丸再钻孔图1-12钻孔和激光喷丸先后顺序对残余应力分布的影响Fig.1-12Effectofsequenceofdrillingandlasershockpeeningonresidualstressdistribution目前有大量学者关注激光喷丸对靶材疲劳寿命影响并发表了大量的学术成果。然而其中对疲劳寿命均匀化和等疲劳强度设计的研究几乎没有。广州民航职业技术学院的程秀全等[78]采用多面机械喷丸对各个面的疲劳寿命进行强化，使每个面的疲劳寿命差距减小，从结果上体现为多面机械喷丸试样比单面机械喷丸试样的疲劳寿命提升了1.84倍。目前激光喷丸方面有众多对带孔结构件的疲劳寿命研究[79,80]，通过激光喷丸的作用可以提高孔结构件的疲劳寿命。但是，孔附近的残余应力仍有别于其他位置，这种应力的突变会导致疲劳寿命分布的不均匀。因此对于疲劳寿命均匀化的研究仍是很有必要。目前关于边缘效应和等疲劳强度的相关研究很少。然而边缘效应会给试样疲劳寿命带来巨大影响，当激光喷丸冲击在某个面的边缘区域时，其侧面会出现残余拉应力，这将导致即使冲击面达到了强化效果，侧面仍有可能成为疲劳失效的危险区域。这也体现了疲劳寿命的不均匀分布的影响。目前通过残余应力调控手段，依据受损件几何形状特点以及疲劳载荷特点