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在工程结构及机械设备中,疲劳破坏的现象非常广泛。激光冲击强化是一种新的加工技术,大量研究已证明激光冲击强化技术是提高材料疲劳性能的有效手段。估算材料的疲劳安全寿命,能够确保其在设定的使用期限内在规定条件下工作有较大的安全性。
本文主要对7050-T7451铝合金和00Cr12耐热钢开展了基于激光冲击强化对其疲劳性能的影响及其疲劳安全寿命优化的研究,主要工作和创新点如下:
通过试验手段研究激光冲击强化对于7050-T7451铝合金试样和00Cr12耐热钢试样疲劳性能的影响以及温度对于00Cr12耐热钢试样疲劳寿命的影响。结果表明,激光冲击强化能够显著提高试样的疲劳性能,7050-T7451预制小孔试样和00Cr12标准拉伸试样的平均疲劳寿命在激光冲击后分别提高了316％和62％；00Cr12耐热钢试样的屈服强度和弹性模量在激光冲击强化后得到较大提高,在25℃、400℃、500℃、600℃下,屈服强度分别提高了60％、70％、58.7％、61.2％,弹性模量提高了60％、68％、67％、72％；温度对00Cr12耐热钢试样的疲劳寿命有很大影响,随着温度的提高,疲劳寿命显著降低,400℃、500℃、600℃时00Cr12试样的平均疲劳寿命依次为63335次、52822次、24932次,降低幅度随着温度的升高而变大。.
用二维威布尔模型法和单侧容限因数法分别优化7050-T7451铝合金试样和00Cr12耐热钢的疲劳安全寿命,分析激光冲击强化对于7050-T7451铝合金试样和00Cr12耐热钢试样疲劳安全寿命的影响,并且分析了温度对00Cr12耐热钢疲劳安全寿命的影响。结果表明,激光冲击强化能够提高7050-T7451铝合金试样和00Cr12耐热钢试样的疲劳安全寿命,在置信度为90％可靠度为90％的条件下,激光冲击后,单侧容限因数法所得7050-T7451预制裂纹试样的疲劳安全寿命提高了542％,二维威布尔分布法所得7050-T7451预制小孔试样和00Cr12耐热钢试样的整体疲劳安全寿命分别提高了274％和61.3％；高温则降低了00Cr12耐热钢试样的疲劳安全寿命,并且温度越高,疲劳安全寿命降低的越快,在置信度为95％可靠度为99％条件下,温度从400℃升高到5000C时,00Cr12光滑圆棒试样的整体疲劳安全寿命只减小了12.4％,而从500℃升高到600℃时则减少了47.2％。
对二维威布尔模型法和单侧容限因数法进行综合分析得出,二维威布尔模型法更节省试样和测试时间,在工程实用中能更好的兼顾经济性和安全性,因此更适用于7050-T7451铝合金试样和00Cr12耐热钢疲劳安全寿命的优化。