《小尺寸機械元件疲勞損傷癒合機理與剩餘壽命預測研究》是依託北京工業大學，由尚德廣擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：小尺寸機械元件疲勞損傷癒合機理與剩餘壽命預測研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：尚德廣
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著微小型機械結構在國防和民用領域的廣泛套用，小尺寸元件疲勞損傷的癒合方法和剩餘壽命預測已成為國內外疲勞強度領域中的熱點研究問題之一，其研究具有巨大潛在的經濟效益和重要的科學價值。研究擬採用外部瞬間輸入能量的方式來探索小尺寸機械元件疲勞損傷癒合機理及定量描述方法。針對小尺寸機械結構中常用的材料和典型的結構特點，分別研究雷射處理與脈衝電流單獨和組合處理癒合性技術方法。研究不同組合處理方式下的損傷癒合程度和剩餘壽命，查明不同處理方法及工藝參數與損傷癒合效果的最佳匹配，提出小尺寸元件疲勞損傷癒合的定量描述方法和剩餘壽命預測方法。本項目的主要創新點體現如下:（1）給出小尺寸元件損傷癒合最佳處理方法；（2）提出小尺寸元件疲勞損傷癒合度定量表征方法；（3）提出損傷癒合參量；(4)建立剩餘壽命預測模型;(5) 給出延壽技術和剩餘強度評價方法。
結題摘要
本文通過雷射表面熱處理的方式，使銅薄膜材料的疲勞損傷得以癒合或修復，從而提高材料的使用效益。（1）採用連續CO2氣體雷射器表面處理厚度為25um銅薄膜原始試件,並對比雷射處理前後試樣的疲勞壽命，提出此種材料的最優雷射工藝參數。然後，採用準分子雷射器表面處理不同程度疲勞損傷的試件，並在某一特定損傷程度下對比雷射處理前後試樣的疲勞壽命。（2）通過提取的試驗數據，本文討論了雷射處理參數對疲勞壽命的影響，以及雷射功率密度對塑性應變的影響，並分析了雷射能量密度和雷射脈衝個數對不同損傷程度試件剩餘壽命的影響，從而提出雷射修復疲勞損傷的最優雷射工藝參數和最最佳化結果。（3）對軋制銅薄膜缺口試件進行了預損傷處理以及雷射衝擊處理，通過疲勞試驗結果，確定了最優雷射修復參數。並在這一參數下將無損試件的強化效果與損傷試件的修復效果進行了對比，發現損傷試件的累積疲勞壽命明顯高於無損試件的強化壽命。隨後對銅薄膜缺口試件進行了修復時機選擇以及兩次損傷修復效果的探討。（4）雷射衝擊處理在銅薄膜中所誘導的衝擊壓力進行了理論計算，並將計算出的衝擊壓力值作為載入條件，運用ABAQUS有限元分析軟體對雷射衝擊過程進行了模擬。隨後，分別從微觀金相組織以及斷口表面特徵角度對雷射衝擊處理的修復機理進行了進一步探討。（5）利用修正的名義應力法對不同脈衝個數下無損衝擊後的缺口試樣，同一損傷程度下（40%）不同脈衝個數衝擊後的缺口試樣，以及最優雷射修復參數下不同損傷程度的衝擊後缺口試樣的疲勞累積壽命進行了預測，結果表明，修正的名義應力法的預測結果能夠較好地滿足試驗壽命。（6）通過掃描電鏡及光學顯微鏡對試樣疲勞斷口進行分析，並對比雷射處理前後表面微觀結構的變化，找出雷射處理提高疲勞壽命的微觀機理及理論依據。
