航空材料的冲击疲劳问题研究进展与展望

材料的冲击疲劳问题在航空工程中大量存在,舰载机的弹射起飞、拦阻着舰都是典型的冲击疲劳问 题。本文梳理了冲击疲劳概念的早期发展历程,综述了自2000年以来冲击疲劳领域的主要研究进展,包括材 料冲击疲劳性能的主要影响因素、材料冲击疲劳试验方法、冲击疲劳的损伤表征和寿命预计以及冲击疲劳问题 的数值计算方法等,指出材料的微观结构、边界条件、使用环境、冲击载荷类型等对冲击疲劳性能有显著影响。 总结了航空工程中冲击疲劳问题面临的主要挑战,并结合未来工程结构设计的需求,展望了航空领域冲击疲劳 技术的未来发展方向。     

激光冲击处理改善材料性能浅析

本文介绍了激光冲击处理的基本原理,阐述了激光冲击处理对航空材料机械性能的影响,分析了激光冲击处理提高航空材料机械性能的机理,并指出激光冲击处理可用来解决机体重点疲劳区小孔强化处理。     

LY2铝合金激光冲击处理实验研究

分析激光冲击处理技术及相对于传统强化方式的优点,针对LY2航空铝合金材料,设计进行试件激光冲击处理实验,通过对激光冲击处理前后材料性能的测试,分析激光冲击处理对LY2铝合金材料疲劳寿命、强度性能的影响.     

铝合金激光冲击表面强化试验研究

 激光冲击是一种新型的材料表面强化技术。将激光冲击技术用于铝合金的强化处理，探讨了激光冲击处理的技术关键，研究了激光冲击处理对铝合金疲劳寿命的影响。研究结果表明：在优选激光参数的条件下，激光冲击处理能显著地提高铝合金的疲劳寿命。     

金属材料与结构冲击疲劳问题研究综述

航空、航海、枪械及石油开采等领域的一些金属结构件,常常会承受多次冲击载荷,形成冲击疲劳失效.材料与结构在冲击疲劳载荷下的失效特性往往不同于常规疲劳失效,不能沿用常规疲劳试验测试与寿命分析方法进行冲击疲劳性能测试与寿命预估.为了充分认识和了解目前关于金属材料的冲击疲劳特性,以及冲击疲劳试验测试方法和理论分析方法,本文综述...     

激光冲击强化技术及其进展

介绍了激光冲击强化技术的发展及其基本原理；阐述了激光冲击对航空材料机械性能的影响，提出了激光冲击中化的质量控制及其无损检测的方法。     

含冲击损伤复合材料层合板疲劳试验研究

针对两种不同铺层顺序的T300／BMP316复合材料层合板，进行了低速冲击后不同应力水平下的等幅拉一拉疲劳试验。结果表明：低速冲击后，材料疲劳寿命的对数与应力水平成线性关系；在低应力水平下，层合板的主要疲劳损伤模式为分层，而在高应力水平下，其主要疲劳损伤模式为纤维断裂；随着疲劳应力水平的降低，层合板内损伤面积增加且刚度退化幅度变大。     

激光冲击提高航空铝合金疲劳寿命的研究

分析了激光冲击改善航空铝合金疲劳性能的机理；讨论了涂层及约束层的重要作用。对２０２４和７４７５铝合金进行了优化激光冲击试验。结果表明：提高了这些铝合金的疲劳寿命，获得了均匀稳定的位错显微组织和表面残余压应力。     

铝合金薄板冲击后疲劳试验与谱载寿命

对航空铝合金2524-T3和7075-T62薄板分别进行了4种不同冲击能量的低速冲击试验,并对冲击后薄板进行了静力拉伸、恒幅加载疲劳性能及块谱加载疲劳寿命试验,研究了冲击凹坑尺寸（或冲击能量）对静力性能、疲劳强度以及疲劳寿命的影响;根据断口形貌和试验观察,分析和讨论了冲击对疲劳特性和损伤机理的影响。为估算冲击后薄板谱载疲劳寿命,在试验基础上提出新的冲击后薄板疲劳性能S-N-K_t表征模型,采用新模型处理试验数据,得到的理论结果与试验数据吻合良好。基于Johnson-Cook本构方程,建立了冲击后铝合金薄板的非线性弹塑性有限元模型,模拟了冲击凹坑附近的残余应力和应力集中;利用冲击后薄板疲劳性能S-N-K_t模型,预测了冲击后的航空铝合金2524-T3和7075-T62薄板的块谱疲劳寿命,预测结果和试验数据吻合良好,精度可接受。     

热冲击条件下高热叶片的热疲劳对比试验方案研究

针对涡轮叶片的热冲击疲劳寿命实验,提出了一种新的对比实验方案和措施:将实验叶片和参照叶片组合在同一组试验叶栅上,并且在试验过程中定期对调两种叶片的安装位置。按照这一方法完成了一组相似材料的涡轮导向器叶片的对比试验。实验结果显示两种叶片表现出了几乎相同的热冲击疲劳寿命特性,并且裂纹的形态、分布区域以及生长历程也完全符合热疲劳裂纹的理论规律。      

叶片激光冲击强化处理的过程监测

激光冲击强化处理是近年出现的金属表面改性新工艺,航空发动机叶片经过激光冲击强化后,可以延长疲劳寿命和提高对异物损伤的抵抗力.本文针对叶片的激光冲击强化处理工艺,开发了一套过程监测系统,用于实时测量处理过程中的声音能量和叶片固有频率的变化,并经实验验证这两个参数可以作为叶片冲击处理质量的检测标准.     

毫米级球状沙尘颗粒连续冲击损伤的力学模型与数值模拟研究

在服役环境中，航空发动机叶片易受到沙尘颗粒的连续冲击作用，产生凹陷、撕裂、微裂纹等损伤，从而影响其高周疲劳性能。为保证航空发动机的结构完整性和安全可靠性，有必要深入分析沙尘颗粒连续冲击对叶片造成的影响。本文基于损伤力学理论，开展了毫米级球状沙尘颗粒连续冲击损伤的力学模型与数值模拟研究。首先，推导了损伤耦合的J-C本构模型和连续冲击损伤模型，给出了材料参数的标定方法。其次，基于ABAQUS平台，编写Vufield子程序和Python脚本，实现了连续冲击损伤的数值计算。通过将计算结果与文献中的试验数据进行对比，验证了该方法的有效性。最后，分别进行单个和多个沙粒连续冲击的数值模拟，分析了冲击变形、残余应力和冲击损伤的变化规律。单个沙粒连续冲击叶片的计算结果表明，冲击凹坑深度、冲击残余应力的影响跨度及最大冲击损伤随冲击速度、沙粒尺寸和冲击次数的增大而增大。针对两种不同的随机冲击方式，多个沙粒连续冲击叶片的计算结果表明，沙粒个数越多，最大冲击凹坑深度越深，冲击损伤主要发生在沙粒与叶片接触部位，冲击损伤随冲击次数变化呈阶段性突增。     

基于热响应的陶瓷基复合材料火焰筒热冲击试验

连续纤维增韧的碳化硅复合材料火焰筒是航空发动机重要的热端部件之一,对其进行热冲击性能评估具有十分重要的 意义。为了考察陶瓷基材料与金属材料的连接性能及火焰筒本体特征部位的抗热疲劳性能,采用扣锁式壁面温度测试方法和基 于材料热响应试验制定的热冲击时域循环,对连续纤维增韧的碳化硅复合材料制备的航空发动机火焰筒试件进行燃气热冲击性 能研究。试验中,通过准稳定壁温获取试验得到了火焰筒试验件准定常状态时外壁面温度参数;按照加速试车原则确定了热冲击 时域循环参数;参照航空发动机100次起降对应的燃烧室经历的热载荷,以100次时域循环作为火焰筒试件试验评估的最终循环 次。试验结果表明：经100次热冲击循环后,试件考核部位表现出较好的连接性和抗热疲劳性能,为连续纤维增韧的碳化硅复合 材料制备的航空发动机热端部件的工程优选和设计优化提供了试验支撑。     

激光冲击强化——一种铝合金表面局部强化新工艺

本文分析了铝合金的激光冲击强化机理，介绍了试验中所用的激光冲击强化装置，得到了铝合金７４７５－Ｔ７６１和２０２４－Ｔ６２冲击和未冲击试件的拉－拉疲劳试验数据。初步研究结果表明，激光冲击强化能有效地提高铝合金材料的抗疲劳断裂性能。     

激光冲击叶片榫头变形控制与疲劳试验

针对某航空发动机涡轮叶片榫头部位疲劳断裂故障,利用激光诱导高压冲击波对榫头部位进行冲击强化,提高其抗疲劳性能。在试验测试激光冲击GH4133B镍基高温合金材料残余应力场的基础上,确定了叶片材料激光冲击工艺参数;根据榫齿面转接R区结构特征,设计了不等强度分布冲击方式,保证强化区域残余应力均匀、过渡分布,防止出现应力突变。由于榫头结构不均匀,高压冲击波引起的塑性流动使叶片发生宏观变形,采用数值仿真方法分析了激光冲击后叶片榫头宏观变形规律和机理。在此基础上提出了激光冲击叶片榫头变形控制的方法,并设计了榫头结合面冲击区域和方式,保证叶片榫头两侧对应区域的激光能量输入基本相当,通过结合面的塑性流动来减小叶片榫头宏观变形。冲击处理后的叶片榫头表面粗糙度、滚棒尺寸和平面度等均满足技术要求。并分析了激光冲击强化提高叶片高温疲劳寿命的原因。疲劳试验结果表明：激光冲击强化可提高叶片榫头部位的高温高低周复合疲劳寿命提高了279%。     

金属薄板材料冲击性能研究进展

金属薄板材料已广泛应用于航空、航天、汽车和船舶等工程结构的生产和制造,对于金属薄板材料冲击性能的研究也受到了国内外学者和工程界的高度关注。本文综述了近年来金属薄板材料冲击性能的试验研究,分析了金属薄板材料冲击性能的表征方法,归纳了金属薄板材料冲击性能的有限元仿真技术,明确了研究中尚未解决的问题,需要进一步探索。     

航空发动机叶片的激光冲击强化研究

简述了当前航空发动机叶片在使用过程中存在的问题和国内外激光冲击强化技术在航空领域中的发展情况。研究了激光冲击强化在某型发动机叶片强化中的应用,总结了激光冲击强化技术与传统强化工艺相比所具有的优势。实验证明冲击强化在航空发动机叶片维修应用是可行性的。     

低速冲击后复合材料蜂窝夹芯板的疲劳特性

对含低速冲击损伤的蜂窝夹芯板试样进行了拉－拉、压－压和拉－压等３种疲劳试验,以及疲劳后的静载拉伸、压缩破坏试验。用Ｘ光技术、热揭层技术和外观检测等对疲劳损伤的扩展和疲劳后静载的破坏进行了研究,分析了疲劳损伤对蜂窝夹芯板性能的影响。结果表明,低速冲击后蜂窝夹芯板单向疲劳性能良好,而双向疲劳性能可能较差。     

等效冲击方法研究硬质颗粒对玻璃的冲击损伤

提出了一种等效冲击方法来评价和研究硬质颗粒对脆性材料的冲击损伤。采用自由落体冲击钠钙玻璃试件来模拟小球的高速冲击并取得了令人信服的结果。确定了裂纹起始的临界冲击力。研究结果表明，当冲击物和靶材料的接触面积不变，相等的冲击动能将产生完全相似的损伤效果。在相等动能的前提下，四种不同重量的锤头冲击在玻璃试件上产生出了相同的冲击力、相同的裂纹和残余强度。     

激光冲击强化提高压气机叶片疲劳性能研究

根据1Cr11Ni2W2MoV不锈钢材料性能,确定了激光冲击强化参数;并通过标准试片疲劳试验,验证了该参数条件下激光冲击强化提高不锈钢材料振动疲劳寿命的有效性.设计了不锈钢叶片振动疲劳试验,确定了叶片冲击强化部位和方式,对强化叶片进行了型面检查、一阶弯曲振动疲劳试验和强化机理研究.结果表明:激光冲击强化后的叶片各个截面尺寸在设计范围之内,强化后叶片的应力-循环次数(S-N)曲线往上移动,提高了叶片的疲劳强度,在660MPa应力水平下,叶片的振动中值疲劳寿命提高70%;激光冲击强化引起的残余应力和表层微观组织变化是疲劳强度提高的主要原因.