《航空合金深冷雷射衝擊協同強化機理及其振動疲勞特性》是依託江蘇大學，由周建忠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：航空合金深冷雷射衝擊協同強化機理及其振動疲勞特性
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周建忠
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
振動疲勞失效是航空結構件一種常見的破壞模式，採用先進的表面強化技術延長零部件的服役壽命及可靠性，已成為結構失效與安全服役科學中的關鍵問題。本申請項目針對典型航空合金材料，以深冷雷射衝擊載入技術為手段，開展超低溫度與超高應變率耦合作用下航空合金的強化機理及其振動疲勞特性研究。主要包括：（1）研究深冷雷射衝擊誘導微觀組織演變及其位錯增殖和納米孿晶機制，探明協同提高材料強度和韌性增益的內在機理；（2）通過建立位錯型阻尼的定量化分析模型，闡述深冷雷射衝擊調控金屬阻尼及其對結構固有頻率的作用機制；（3）分析工藝參數對典型結構彎曲振動疲勞主要特性的影響規律，揭示深冷雷射衝擊對彎曲振動疲勞壽命的延壽機理；（4）建立深冷雷射衝擊—彎曲振動疲勞壽命的綜合分析模型，研究深冷雷射衝擊能量利用機制及協同強化控制方法。項目成果可望豐富和拓展表面改性延壽的理論和技術，為深冷雷射衝擊強化技術的工程套用提供理論基礎。
結題摘要
本項目針對航空合金振動疲勞問題，從宏微觀層面探索了超低溫與超高應變率耦合強化機制，研究了深冷雷射噴丸（cryogenic laser peening, CLP）過程中誘導高密度位錯和形變孿晶組織的強化機制。基於Lammps分子動力學數值模擬，對比分析了常溫雷射噴丸（laser peening, LP）和CLP作用下誘導的微觀組織演變機制；研究了深冷雷射噴丸誘導的衝擊波峰值壓力及殘餘應力場分布，得到了殘餘壓應力幅值及深度分布解析的數學模型，分析了應力強化誘導的疲勞延壽機制；結合ABAQUS與MSC.Fatigue軟體平台，分析了深冷雷射噴丸誘導的殘餘應力場增益效應對材料振動疲勞特性的影響規律；開展了不同工藝參數對微觀組織、殘餘應力等表面完整性以及振動疲勞特性影響的實驗研究，獲得了深冷雷射噴丸作用下材料宏/微觀性能穩定性的機理；基於材料的微觀組織演變及其強化機制，建立了CLP載入下金屬阻尼的定量化分析模型以及固有頻率的數學模型， 研究了CLP對金屬阻尼以及固有頻率典型彎曲振動疲勞特性的作用機制。在此基礎上研究了CLP誘導的位錯組態與晶粒結構對航空合金振動疲勞斷裂過程影響，獲得了深冷雷射噴丸強化航空合金振動疲勞特性的延壽機理；以深冷雷射噴丸誘導的表面平均殘餘應力和殘餘壓應力層深度為回響目標，基於Design Expert軟體/Box-behnken Design設計方法對衝擊波壓力、衝擊次數和深冷溫度等主要工藝參數的組合方案進行了試驗設計，得到了最佳參數組合；結合基於殘餘壓應力的疲勞延壽理論探索了工藝參數變化對彎曲振動疲勞壽命的影響規律，為拓展深冷雷射噴丸技術在表面工程抗疲勞領域的套用奠定了基礎，對於發展航空合金新的表面形變強化處理工藝方法具有重要的理論意義。圍繞項目研究，申請發明專利 13 件，其中已獲授權 9 件；發表學術論文 23 篇，其中SCI收錄 16 篇，EI收錄 7，培養畢業碩士研究生 9 名，培養博士研究生 2 名。
