【摘 要】
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疲劳寿命是评估构件使用性能的重要指标,而残余应力对构件的疲劳寿命存在显著的影响。喷丸是一种能够有效提高构件抗疲劳性能的表面强化技术,因价格低廉、操作方便被广泛应用于机械、船舶、航空航天等领域。但喷丸引入的残余应力在疲劳加载过程中不能保持稳定,会随循环周期发生松弛现象,如果不考虑残余应力松弛对疲劳寿命造成的影响,会使预期寿命偏离实际,从而给疲劳寿命的预估带来不确定性。本文以2024-T351铝合金材
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疲劳寿命是评估构件使用性能的重要指标,而残余应力对构件的疲劳寿命存在显著的影响。喷丸是一种能够有效提高构件抗疲劳性能的表面强化技术,因价格低廉、操作方便被广泛应用于机械、船舶、航空航天等领域。但喷丸引入的残余应力在疲劳加载过程中不能保持稳定,会随循环周期发生松弛现象,如果不考虑残余应力松弛对疲劳寿命造成的影响,会使预期寿命偏离实际,从而给疲劳寿命的预估带来不确定性。本文以2024-T351铝合金材料为研究对象,通过理论分析、仿真分析与试验验证相结合的方法,探索了喷丸强化处理在构件表面诱导产生的残余应力随疲劳循环周期的分布规律,同时考虑了载荷条件和冷作硬化程度等因素的影响,从而提出并验证了喷丸残余应力松弛模型,本文的研究工作如下:（1）在分析已有残余应力松弛经验模型和追求模型高效、简洁的基础上,推导了以对数线性模型为主体框架的模型。在模型中引入了冷作硬化程度等对残余应力松弛有影响的因素,提出了喷丸残余应力松弛模型。（2）根据喷丸强化工艺参数对喷丸强化效果的影响,对喷丸强化工艺参数进行试验。试验通过X射线衍射仪、电解抛光机和腐蚀液相结合的方式获得残余应力数据,得到了喷丸强化工艺参数与残余应力的分布规律,确定了喷丸强化处理的工艺参数。（3）根据实测的喷丸残余应力数据,将其进行多项式拟合并通过Abaqus软件的SIGINI用户子程序导入有限元模型。然后对模型进行仿真试验,使用不同的载荷强度研究喷丸残余应力随疲劳循环周期的分布规律。基于仿真试验数据,使用NLS（非线性最小二乘法）的牛顿─拉夫森迭代算法计算了喷丸残余应力松弛模型的未知参数,得到了模型的拟合数据,通过试验数据与拟合数据的对比,验证了提出的喷丸残余应力松弛模型的可行性。（4）对2024-T351铝合金喷丸试件进行拉伸疲劳试验。基于全寿命试验数据,使用NLS的牛顿─拉夫森迭代算法计算了喷丸残余应力松弛模型的未知参数,得到了模型的拟合数据,通过试验数据与拟合数据的对比,验证了提出的喷丸残余应力松弛模型的有效性;通过阶段性试验数据与全寿命拟合数据的对比,验证了提出的喷丸残余应力松弛模型的适用性。
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